堿處理對大麻純紡織物服用性能的影響

鐘智麗，張 肖，張宏杰，萬 佳，廖鎮(zhèn)東

(1. 天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300387；2. 泉州師范學(xué)院，福建泉州 362000)

堿處理對大麻純紡織物服用性能的影響

鐘智麗1，張 肖1，張宏杰2，萬 佳1，廖鎮(zhèn)東1

(1. 天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300387；2. 泉州師范學(xué)院，福建泉州 362000)

為了探究堿處理對大麻純紡織物服用性能的影響，分別從影響堿處理工藝的主要因素，即濃度、溫度以及時(shí)間出發(fā)，重點(diǎn)討論了這些影響因素對大麻純紡織物服用性能的影響，包括彎曲長度、折皺回復(fù)角、透氣率和液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞綜合指數(shù)(OMMC)，在此分析討論基礎(chǔ)上對堿處理大麻純紡織物工藝進(jìn)行正交優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：堿處理大麻純紡織物的最佳處理工藝條件為溫度60℃、時(shí)間20min、堿濃度120g/L。

大麻純紡織物 堿處理 折痕回復(fù)角 透氣率 OMMC

大麻纖維是一種綠色環(huán)保纖維，具有良好的抗菌保健、抗靜電、吸濕透氣等性能，是重要的紡織纖維原材料[1-2]。大麻纖維與棉纖維同屬纖維素纖維，主要成分是纖維素及一些非纖維素物質(zhì)，見表1所示。相比于棉纖維，大麻纖維化學(xué)成分中木質(zhì)素和果膠的含量偏高，大麻纖維剛度較大、纖維粗硬，導(dǎo)致大麻織物表現(xiàn)為硬度大、手感硬、抗皺性差的缺點(diǎn)，特別是大麻純紡織物[3～4]。為了更好利用大麻纖維的特性，提升大麻純紡織物的服用性能，必須對大麻純紡織物進(jìn)行整理，達(dá)到提高織物舒適性的目的[5-6]。

表1 棉纖維和大麻纖維的化學(xué)成分[5]

隨著人們對“回歸自然、健康環(huán)保”理念的追求，天然纖維特別是大麻纖維愈加受到人們的重視，改善大麻纖維性能，提升大麻紡織品產(chǎn)品品質(zhì)成為人們研究的熱點(diǎn)。鞠金星等[7]對大麻紗線進(jìn)行了柔軟整理，得到了堿改性的最佳工藝為堿濃度100g/L，溫度20℃，浸漬時(shí)間15min，浴比1:20。再結(jié)合柔軟劑整理，紗線的柔軟度將得到進(jìn)一步提高。張靜等[8]研究了不同濃度堿溶液對大麻/棉混紡紗線的性能影響，結(jié)果表明：適宜的堿濃度能改善紗線表面光潔度，降低紗線的條干不勻率，提高紗線的柔軟程度。Pejic B M[9]分別采用不同濃度的氫氧化鈉和亞氯酸鈉對大麻纖維進(jìn)行處理，纖維的吸濕性能提高，可紡性增強(qiáng)。但是大麻純紡織物的整理研究比較少，特別是目前纖維素織物整理比較成熟的堿處理工藝。采用合理的手段對大麻純紡織物進(jìn)行預(yù)處理，對其物理性能進(jìn)行改善，對大麻紡織品的實(shí)際生產(chǎn)和開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

為了提高大麻純紡織物的服用性能，本文系統(tǒng)地討論了影響堿處理工藝的主要因素，即溫度、時(shí)間、堿濃度對大麻純紡織物服用性能的影響，并采用正交實(shí)驗(yàn)確定最佳處理工藝條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

材料：大麻純紡織物，采購于山西綠洲紡織有限公司，具體規(guī)格參數(shù)見表2；氫氧化鈉(NaOH)分析純，采購于天津科密歐化學(xué)試劑有限公司。

表2 大麻純紡織物規(guī)格參數(shù)

儀器：LAY-6織物回能測定儀，由山東安丘紡織儀器廠提供。

YG461D數(shù)字式織物透氣量儀，由常州第一紡織設(shè)備有限公司提供。

液態(tài)水分管理儀(MMT)，由美國錫萊-亞太拉斯有限公司提供。

1.2 實(shí)驗(yàn)工藝

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了分別考慮堿處理過程中堿濃度、時(shí)間以及溫度對于大麻純紡織物的影響，實(shí)驗(yàn)在單因素分析方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化堿處理大麻純紡織物工藝。具體方案如下：

A. 堿處理溫度

堿濃度取90g/L，處理時(shí)間取30min，研究處理溫度分別為40℃，50℃，60℃，70℃，80℃時(shí)。

B.堿處理時(shí)間

堿濃度取90g/L，處理溫度取60℃，研究處理時(shí)間分別為10min，20min，30min，40min，50min。

C. 堿處理濃度

堿處理時(shí)間取30min，處理溫度取60℃，研究處理濃度分別為30g/L，60g/L，90g/L，120g/L，150g/L。

1.2.2 試樣制備

裁剪15塊規(guī)格為40cm×40cm的大麻純紡織物試樣，按照1.2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案配置不同濃度的NaOH溶液，分置到100ml燒杯中，然后對試樣進(jìn)行堿處理，最后取出試樣，使用蒸餾水反復(fù)沖洗直至其pH值呈中性，室溫晾干后，進(jìn)行性能測試。

1.3 測試標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《GB/T 18318.1-2009 紡織品彎曲性能的測定第1部分：斜面法》對試樣進(jìn)行剛?cè)嵝詼y試；

依據(jù)《GB/T3819-1997紡織品織物折痕回復(fù)性的測定回復(fù)角法》對試樣進(jìn)行折痕回復(fù)性測試；

依據(jù)《GB/T5453-1997紡織品織物透氣性的測定》對織物進(jìn)行透氣性測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 堿處理溫度對大麻純紡織物服用性能的影響

由圖1(a)可見，隨著溫度的升高，織物的彎曲長度呈先減小后增加的趨勢，在60℃時(shí)達(dá)到最小值，即柔軟性最好；隨著溫度的升高，試樣折痕回復(fù)角呈上升趨勢，折痕回復(fù)性能在80℃時(shí)達(dá)到最佳。從圖1(c)可清楚看到，隨著溫度的升高，織物的透氣性呈先增大后減小再增大的變化趨勢，在70℃時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)折，80℃時(shí)透氣性的數(shù)值最大；織物的OMMC數(shù)值隨溫度的升高呈現(xiàn)下降趨勢，溫度從70℃后基本穩(wěn)定。這是因?yàn)樵谝欢囟确秶鷥?nèi)，隨著溫度的升高，織物表面的一些雜質(zhì)會(huì)被去除，同時(shí)一些非纖維素物質(zhì)，如果膠等大分子鏈發(fā)生斷裂而被部分去除，織物的綜合性能得到改善[10]。綜合考慮各項(xiàng)因素，堿處理溫度對大麻純紡織物服用性能的影響順序?yàn)?0℃>50℃=60℃>40℃>70℃，優(yōu)選水平為：50℃、60℃和80℃。

(a)

(b)

(c)

(d)

2.1.2 堿處理時(shí)間對大麻純紡織物服用性能的影響

(a)

(b)

(c)

(d)

由圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)和圖2(d)可見，隨著堿處理時(shí)間的增加，織物的彎曲長度緩慢增加，說明處理時(shí)間對織物的柔軟性影響較??；隨著處理時(shí)間增加，織物的折痕回復(fù)角先減小后增大，織物的透氣性先增加后減小，主要原因是纖維上的果膠等物質(zhì)被去除和纖維本身的溶脹作用。OMMC值先增后減再增加，在10min和50min時(shí)OMMC值基本相同。在一定范圍內(nèi)，隨著處理時(shí)間的增加，織物的各項(xiàng)性能均有改善，隨著時(shí)間的不斷延長，各項(xiàng)性能變化明顯，部分性能出現(xiàn)下降趨勢?？梢?，選擇合適的處理時(shí)間對堿處理工藝尤為重要。綜合考慮各項(xiàng)因素，堿處理時(shí)間對大麻純紡織物服用性能的影響順序?yàn)?0min=20min>40min>30min=50min，優(yōu)選水平為：10min、20min和40min。

2.1.3 堿處理濃度對大麻純紡織物服用性能的影響

如圖3(a)、圖3(b)、圖3(c)和圖3(d)可見，隨著堿濃度的增加，織物的彎曲長度先減小后增大，在60g/L時(shí)達(dá)到最小值，即織物的柔軟性最好；織物的折痕回復(fù)角隨著堿濃度的增加，在120g/L時(shí)達(dá)到最大值，之后迅速下降，主要原因是纖維上的果膠等物質(zhì)的去除需要達(dá)到一定的堿濃度，且存在最佳值?？椢锏耐笟庑噪S著堿濃度的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。OMMC值隨著堿濃度的增加，呈緩慢上升，說明堿濃度的增加對織物液態(tài)水分管理能力有促進(jìn)作用，這主要是經(jīng)過堿處理后，織物表面的蠟質(zhì)被去除，纖維表面的溝槽和空洞變大，增加了水的“芯吸”作用[11]。綜合考慮各因素，堿處理濃度對大麻純紡織物服用性能的影響順序?yàn)?0g/L>120g/L=150g/L>30g/L>90g/L，優(yōu)選水平為：60g/L、120g/L和150g/L。

(a)

(b)

(c)

(d)

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

2.2.1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素對大麻純紡織物服用性能的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過L9(33)的正交實(shí)驗(yàn)確定堿處理大麻純紡織物的優(yōu)化工藝，因素水平見表3。

表3 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

2.2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

采用指標(biāo)：彎曲長度、折痕回復(fù)角、透氣率以及OMMC對堿處理大麻純紡織物服用性能的影響進(jìn)行評價(jià)。正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果見表4。

表4 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果

利用SPASS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件對結(jié)果進(jìn)行計(jì)算分析，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析見表5，Ki代表各個(gè)因素對應(yīng)水平得分的平均值，Ki值最大的則為最優(yōu)水平；Ri代表各項(xiàng)測試指標(biāo)均值最大值和最小值的極差，Ri值越大，則該因素對其測試指標(biāo)影響越大。

表5 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表

由均值分析可知，就彎曲長度而言，最佳工藝為：A2B2C2；就折痕回復(fù)角而言，最佳工藝為：A1B1C2；就透氣率而言，最佳工藝為：A3B2C3；就OMMC而言，最佳工藝為：A2B3C3。綜合均值分析，得出較優(yōu)工藝為：A2B2C2，A2B2C3。

由極差分析可知，在處理溫度、處理時(shí)間和堿濃度3個(gè)因素中，對彎曲長度的影響大小依次為堿濃度、處理溫度、處理時(shí)間；對折痕回復(fù)角的影響大小依次為處理時(shí)間、堿濃度、處理溫度；對透氣率影響大小依次為處理溫度、堿濃度、處理時(shí)間；對OMMC的影響大小依次為處理溫度、處理時(shí)間、堿濃度。綜合均值分析和極差分析，最終得到最優(yōu)處理方案為A2B2C2，即：處理溫度為60℃，處理時(shí)間為20min，堿濃度為120g/L。

2.3 優(yōu)化工藝處理大麻純紡織物

在最佳工藝下對大麻純紡織物進(jìn)行處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6所示。經(jīng)優(yōu)化工藝處理后，大麻純紡織物的柔軟性、折痕回復(fù)能力、透氣性以及OMMC值均有顯著提高。

表6 堿處理大麻純紡織物前后結(jié)果

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)主要探究了堿濃度、處理時(shí)間以及處理溫度對大麻純紡織物彎曲長度、折皺回復(fù)角、透氣率和液態(tài)水分管理能力OMMC的影響。

就彎曲長度而言，最佳工藝為：A2B2C2，影響因素的顯著性次序?yàn)閴A濃度>處理溫度>處理時(shí)間；就折痕回復(fù)角而言，最佳工藝為：A1B1C2，影響因素的顯著性次序?yàn)樘幚頃r(shí)間>堿濃度>處理溫度；就透氣率而言，最佳工藝為：A3B2C3，影響因素的顯著性次序?yàn)樘幚頊囟?堿濃度>處理時(shí)間；就OMMC而言，最佳工藝為：A2B3C3，影響因素的顯著性次序?yàn)樘幚頊囟?處理時(shí)間>堿濃度。

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)和三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化得到處理大麻純紡織物的最佳工藝：堿濃度為120g/L，處理時(shí)間為20min，處理溫度為60℃。

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2017-09-11

鐘智麗(1962-)，女，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：先進(jìn)紡織材料、高端產(chǎn)業(yè)用紡織品、紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。

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1008-5580(2017)04-0057-05