超低溫處理對亞麻織物服用性能的影響

楊 陳，林燕萍，王晨露

(1.江西服裝學院，江西 南昌 330201；2.紹興文理學院，浙江 紹興 312000；3.浙江省清潔染整技術研究重點實驗室，浙江 紹興 312000)

麻纖維與棉纖維等都是人類開發利用較早的天然纖維素纖維，主要為脫水D—六環葡萄糖與β—葡萄糖苷鍵構成的微晶體，該分子結構使得麻纖維具有較高的楊氏模量，同時較高的聚合度致使麻單纖維強度較大[1-3]。用麻纖維織造出的麻織物具有堅牢耐磨、透涼爽括、吸濕導汗、耐腐抗霉等特點，是理想的夏季服裝面料[4-5]。常見的服用麻織物有羅布麻、亞麻、苧麻、黃麻等。麻纖維的分子結構在給麻織物帶來良好服用性能的同時，也存在一定的弊端，如麻纖維中木質素、膠質等含量較高，提取成本較高,麻織物硬度較高，上染百分率低等缺陷，因此合適的前處理工藝就顯得尤為重要。現階段，亞麻織物的預處理技術已經較為成熟，但存在成本高，污染嚴重的問題[6-7]。液氮超低溫對亞麻纖維的預處理不僅解決了環境污染問題，還能夠重復利用，節省成本。本文利用液氨產生的超低溫對亞麻織物進行工藝處理，利用回潮率、力學性能、染色性能等表征麻織物的服用性能，并利用分子結構測試分析其內在變化機制，以期改善亞麻織物的服用性能，為亞麻織物在服裝領域的廣泛應用提供參考。

1 實驗部分

1.1 材料與藥品

亞麻織物(平紋織物，紗線線密度18.2 tex，經向密度350 根/(10 cm)，緯向密度320根/(10 cm))；茶多酚、乙酸、殼聚糖(國藥集團化學試劑有限公司)，皂片、平平加O等常見染色助劑(市售)。

1.2 儀器與設備

INSTRON5590型萬能材料試驗機(美國英斯特朗公司)、30 L液氮貯存器(充滿液氮)、H16565型電子天平(北京恒奧德儀器儀表有限公司)、DHG-9030A型高溫烘箱(北京恒泰豐科試驗設備有限公司)、HB-A01型恒溫恒濕試驗箱(東莞市恒邦儀器設備有限公司)、多功能粉末X射線衍射儀(馬爾文帕納科公司)、NM-150型軋車(株式會社大榮科學精密制作所)、Data Color 600型分光測色儀(美國Data Color公司)。

1.3 實驗方法

1.3.1 織物試樣處理

在105 ℃的烘箱中將亞麻織物干燥至恒定質量后投入到液氮中，并在0.5、1.0、2.0 h 3個時間點各取部分織物試樣進行測試；取出的試樣緩慢升溫至常溫備用。

1.3.2 吸濕回潮率測試

參照GB/T 9994—2008《紡織材料公定回潮率》測試亞麻織物超低溫處理前后織物的公定回潮率。

1.3.3 力學性能測試

將超低溫處理前后的亞麻織物在105 ℃的烘箱中干燥至恒定質量后，在標準測試環境(20 ℃、相對濕度65%)條件下調濕24 h；將調濕后的亞麻織物沿經紗走向裁剪成寬50 mm、長200 mm的布條，利用INSTRON5590型萬能材料試驗機對布條試樣進行斷裂強力測試。該斷裂測試30次，排除異常數據后取平均值。

1.3.4 分子結構測試

將超低溫處理前后的亞麻織物剪碎后制成壓片，使用多功能粉末X射線衍射儀對壓片試樣進行X衍射曲線測試；利用文獻[8-9]方法計算亞麻織物超低溫處理前后的結晶度與晶粒尺寸。衍射測試參數如下：Cu靶，管流45 mA，管壓45 kV，角度范圍5°～45°，掃描速度2°/min，波長0.154 nm。

1.3.5 染色性能測試

為提高織物的染色效果，使用殼聚糖對超低溫處理前后的亞麻織物進行預處理，殼聚糖∶乙酸溶液質量比1∶30(乙酸溶液質量分數4%)，將殼聚糖在乙酸溶液中溶解。利用軋車對亞麻織物在預處理液中進行浸軋處理(軋液率為85%)，浸軋處理后在105 ℃烘箱中預烘3 min，170 ℃焙烘2 min。

取茶多酚6%(owf)，在溫度50 ℃，整理時間60 min，pH值為6～7條件下對殼聚糖預處理后的亞麻織物進行染色，測試亞麻織物的上染百分率，分析超低溫處理對亞麻織物染色性能的影響。

參照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》與GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》測試超低溫處理前后亞麻織物的色牢度。

2 結果與討論

2.1 回潮率分析

亞麻織物吸濕回潮率隨超低溫處理時間增加的變化曲線見圖1。

圖1 亞麻織物吸濕回潮率隨超低溫處理時間增加的變化曲線

可以看出，亞麻織物的吸濕回潮率隨著液氮超低溫處理時間的增加而不斷增加，當超低溫處理時間超過1.5 h時，亞麻織物的吸濕回潮率趨于平穩。亞麻織物的吸濕回潮率之所以出現上述情況主要有以下原因：一是液氮超低溫處理使得亞麻纖維結晶結構受到不同程度的破壞，致使纖維的無定形區增加(可從下文中亞麻纖維超低溫處理前后纖維結晶度的變化中得到驗證)，纖維的聚合度降低，從而導致亞麻織物吸濕回潮率的增加；二是亞麻織物經超低溫處理后，在逐漸升溫至室溫的過程中，亞麻織物有由硬脆變軟的過程，亞麻纖維表面出現不同程度的損傷，比表面積增加，提高了亞麻織物的回潮率。當超低溫處理時間超過1.5 h后，由于超低溫對亞麻纖維結晶度的破壞作用降低，因此亞麻織物的吸濕回潮增速下降，趨于平緩。從亞麻織物的吸濕回潮率變化趨勢分析可知，亞麻織物經液氮超低溫處理改善了亞麻織物的吸濕回潮性能。

2.2 力學性能分析

亞麻織物力學性能隨超低溫處理時間增加的變化曲線見圖2。可以看出，亞麻織物的斷裂強力隨著液氮超低溫處理時間的增加而不斷下降，當超低溫處理時間超過1.5 h時，斷裂強力下降速率降低；亞麻織物的斷裂伸長率則隨著液氮超低溫處理時間的增加呈現上升趨勢。導致亞麻織物力學性能這樣變化的原因有以下3個方面：一是亞麻織物經過液氮超低溫處理，纖維的結晶度下降，無定形區增加，纖維力學性能下降，從而導致亞麻織物的斷裂強力下降，斷裂伸長率上升；二是亞麻織物超低溫處理后，逐漸升溫至室溫的過程中，亞麻織物由硬脆變軟的過程中亞麻纖維表面出現不同程度的損傷，出現了纖維上的強力弱環，纖維的力學性能變化導致紗線出現強力弱環，致使亞麻織物力學性能下降，斷裂伸長率上升；三是纖維表面的損傷使得纖維的抱和力增加，在一定程度上阻止了亞麻織物力學性能的下降，因此當液氮超低溫處理超過1.5 h后，亞麻織物的力學性能變化速率降低。從超低溫處理2.0 h后亞麻織物的力學性能測試結果可以看出，超低溫處理后亞麻織物的力學性能仍能較好的滿足服用性能。

2.3 分子結構分析

液氮超低溫處理前后亞麻纖維晶粒結構參數見表1。

表1 液氮超低溫處理前后亞麻織物晶粒結構參數

對比可知，亞麻纖維的結晶度、晶粒尺寸均隨著超低溫處理時間的增加而降低，這也很好地說明了亞麻纖維經液氮超低溫處理使得亞麻纖維的結晶區裂解，無定形區增加，降低了亞麻纖維的結晶度。結晶度降低，從而使得纖維的力學性能下降，吸濕回潮率上升，這與前文的測試結果相呼應。亞麻纖維的分子結構的結晶峰位置經超低溫處理后，位置變化不大，說明超低溫處理并未改變亞麻纖維的晶型結構。

2.4 染色性能分析

液氮超低溫處理前后亞麻織物染色性能測試結果見表2。可以看出，亞麻織物的上染百分率、耐水洗色牢度、耐摩擦色牢度均隨著超低溫處理時間的增加有不同程度的提高，液氮超低溫處理使得亞麻纖維結晶結構受到不同程度的破壞，致使纖維的無定形區增加，纖維的聚合度降低，另一方面亞麻纖維表面出現不同程度的損傷，提高了亞麻纖維比表面積，因此改善了亞麻織物的染色性能。

表2 液氮超低溫處理前后亞麻織物染色性能測試結果

3 結束語

使用液氨產生的超低溫對亞麻織物進行工藝處理，利用回潮率、力學性能、染色性能等表征麻織物的服用性能，其中以X衍射曲線測試結果分析上述變化的內在機制，表明亞麻織物經液氮超低溫處理后織物的回潮率、上染百分率、色牢度等服用性能指標均有所改善，力學性能稍有下降，但仍具有較好的服用性能，且超低溫處理前后亞麻纖維的晶型結構并未發生改變，可推知亞麻織物所具有的抗霉、抑菌等效果依然存在。由此可知，液氮超低溫處理對改善亞麻織物服用性能具有很好的可行性，值得深入研究。