茜草植物染莫代尔纤维的养生处理

李秀秀 王思社 孙传芳 苏建军 韩光亭

(1. 青岛大学，山东青岛,266071；2.德州恒丰纺织有限公司，山东德州，253000)

1 研究背景

随着社会的发展、人民生活水平的提高，环保健康的生活理念越来越受到人们的推崇。人们对纺织行业也提出了更高的要求，不仅满足于穿的暖和、穿的时尚，还追求穿的健康、穿的环保。染整是纺织工业中非常重要和必不可少的环节，但其现阶段的环境不友好性是不可忽视的严重问题，亟待解决。染整工序中，不仅要用到大量的水和化学品，且由于染色用的染料大多为合成染料，其安全性问题也一直受到人们的关注，如会引起皮肤炎症、过敏等。近年来植物染色引起了人们更多的关注，植物染色是用从植物各部位提取的染料对纺织品进行染色，有利于大幅度减轻废水污染问题，染色纺织品对人体的亲和性和安全性高，而且还具有很多功能，如防紫外线功能、抗菌功能等[1-4]。

目前与植物染纺织品相关的研究越来越多，但其发展还十分不成熟，有各种各样的问题尚待解决，这些问题也限制了其在纺织领域的应用。纺织品的染整通常是对纱线或织物进行染色整理，但对植物染来说，植物染料颜色单一、色谱不全、染料成分复杂的特点不适用于传统的纱线和织物染色，而更适用于散纤维染色。散纤维染色是植物染的一种染色方式，其优点是染色均匀透彻，且可通过色纺达到不同的色彩效果，可以弥补植物染料色谱不全的缺点[5]。但由于其在纺纱时会出现缠绕胶辊、细纱断头等现象，严重影响成纱质量和纺纱效率，纺纱过程难以顺利进行。前期有研究发现可通过超声波除杂去除黏附在纤维表面的杂质，提高纤维可纺性[6]。但植物染散纤维经过超声波除杂处理后，纤维表面粗糙僵硬，摩擦性能和静电性能较差，对纺纱各工序造成了不良影响。为此在纺纱前需对植物染散纤维使用柔软剂进行处理，使植物染散纤维变得柔软顺滑，提高纤维的摩擦性能和静电性能，以上过程称为养生。

人们对纺织品进行养生处理时会根据纺织品的种类、特点及前期加工工序，使用不同的养生助剂。根据养生助剂的化学组成，其可分为非表面活性型、表面活性型、反应型、高分子聚合物型。目前应用最广泛的是表面活性型中的阳离子型助剂[7]。但聚硅氧烷类柔软剂(高分子聚合物型)与阳离子型柔软剂相比能显示出更好的柔软、平滑和丰满的效果，且没有后者在遇光遇热时纺织品出现泛黄、染料变色、降低日晒和摩擦牢度等缺点[8-9]。由于植物染产品本身就存在染料稳定性不高、染色牢度差的缺点，因此聚硅氧烷类柔软剂比表面活性剂更适合植物染纤维的养生处理。且聚硅氧烷类化合物作为纺织助剂具有透气透湿性佳、热稳定性好、表面张力低、柔软平滑、拒水性优良、贮存稳定性好以及毒性低、对人体和生态环境无不良影响等特性，不仅能弥补植物染产品的部分缺点，而且与其环保健康的理念相契合[10]。

聚硅氧烷及其衍生物的Si—O键的键能大，旋转能低，分子间相互作用小，表现为聚硅氧烷的化学性质及热稳定性好，主链非常柔顺，黏度低，表面张力小、成膜性好以及降低摩擦因数能力强等特点。由于第一代有机硅柔软剂的大分子链上没有活性基团，其与纤维表面的吸附主要依靠物理吸附，耐洗性较差；而引入活性基团的改性有机硅柔软剂，其大分子链上的活性基团能与纤维形成化学键或发生自交联，基于引入活性基团的种类，使其在提高纤维柔软性的同时，还具有改善织物的防油污、防静电及亲水性能，理论上能有效改善茜草植物染莫代尔纤维的摩擦性能和静电性能[11]。本试验选用三种典型的改性有机硅柔软剂对茜草植物染莫代尔纤维进行养生处理，分别是氨基改性有机硅乳液、三元共聚聚硅氧烷柔软剂、聚醚改性聚硅氧烷柔软剂，同时研究最佳的养生条件。

2 试验部分

2.1 试验器材

试验材料：经超声波除杂处理后的茜草植物染莫代尔纤维，规格1.3 dtex×39 mm。

试验试剂：氨基改性有机硅乳液JF-2086-7(以下用代号A表示)、三元共聚聚硅氧烷柔软剂JF-8059Y-30(以下用代号B表示)、聚醚改性聚硅氧烷柔软剂JF-804-30(以下用代号C表示)。

试验仪器：GZX-9240 MBE型鼓风干燥烘箱，XCF-1A型纤维摩擦因数测试仪，YG321型纤维比电阻测试仪。

2.2 试验方法

2.2.1茜草植物染莫代尔纤维的养生处理工艺

将A、B、C三种柔软剂以不同浓度分别与蒸馏水按1∶20配成不同的溶液，并将其充分搅拌均匀。将50 g的茜草植物染莫代尔纤维均匀铺展开，用泵式喷壶将溶液均匀地喷洒到纤维上。喷洒完毕后使用密封袋将纤维密封好，放入35 ℃的烘箱中处理12 h，然后将处理后的样品放入恒温恒湿实验室，温度(20±3)℃，相对湿度(65±5)%，调湿24 h，待测试。养生工艺：A柔软剂浓度o.w.f分别为1%、3%、5%时，对应的茜草植物染莫代尔纤维样品编号为1、2、3；B柔软剂浓度o.w.f分别为1%、3%、5%时，对应的茜草植物染莫代尔纤维样品编号为4、5、6; C柔软剂浓度o.w.f分别为1%、3%、5%时，对应的茜草植物染莫代尔纤维样品编号为7、8、9。

2.2.2茜草植物染莫代尔纤维性能的测试

采用绞盘法测试纤维摩擦因数，在标准大气条件下进行，测试仪器为XCF-1A型纤维摩擦因数测试仪。按照随机取样的方式分别取茜草植物染莫代尔纤维30组，在(20±3)℃、相对湿度(65±5)%的条件下测试。测试参数：金属辊直径8 mm，张力夹负荷100×10-3cN，摩擦辊转速30 r/min(测动摩擦因数)，摩擦辊下降速度10 mm/min(测静摩擦因数)，下降时间6 s，总时间范围15 s。

依据GB/T 14342—2015《化学纤维短纤维比电阻试验方法》测试纤维静电性能。测试仪器为YG321型纤维比电阻测试仪。将样品在温度(20±2)℃、相对湿度(65±2)%的条件下平衡24 h，随后按照随机取样的方式分别取15 g茜草植物染莫代尔纤维。在(20±3)℃、相对湿度(65±5)%的条件下对纤维进行静电性能的测试。采用纤维比电阻来表征纤维的静电性能，其表达式如下。

式中：R为测得纤维的平均电阻值(单位为Ω)；S为电极板面积(纤维所占实际面积应为S·f)；L为两极板之间的距离(取2 cm)；12为仪器常数(单位为cm)；f为纤维的标准填充度；15为纤维的质量(单位为g)；48为测试盒的容积(单位为cm3);ρ为纤维的体积质量(单位为g/cm3)，莫代尔纤维的体积质量为1.52 g/cm3[12]。

3 结果与分析

3.1 摩擦性能

相关试验结果见表1，未染色的莫代尔纤维编号为M，未经养生处理茜草植物染莫代尔纤维编号为R。

表1 不同茜草植物染莫代尔纤维的摩擦性能

样品编号μ静μ动样品编号μ静μ动MR12340.288 10.347 60.316 60.321 80.355 30.277 20.273 80.297 50.279 60.287 10.290 90.265 3567890.306 70.328 50.306 70.359 00.362 60.285 60.305 80.285 60.300 80.320 4

由表1可知，莫代尔纤维经染色后，即使经过了超声除杂处理，其摩擦因数仍高于未染色的莫代尔纤维。经养生处理后，茜草植物染莫代尔纤维的摩擦因数变化显著。其中样品1、2、4、5、6和7的摩擦因数低于未经养生处理的纤维摩擦因数，且样品4摩擦因数低于未染色的莫代尔纤维，说明合适的养生处理可降低纤维的表面摩擦因数，提高纤维可纺性。

然而随着柔软剂浓度的不断增大，茜草植物染莫代尔纤维的摩擦因数基本呈逐渐上升的趋势。可能原因分析如下：随着柔软剂用量的不断增大，茜草植物染莫代尔纤维上柔软剂膜的厚度逐渐由混合区过渡到流体区，如图1所示，膜逐渐由单分子层变为了多分子层，纤维之间相互移动时多分子层间的剪切力阻碍了其运动，由此对纤维的摩擦性能造成了影响[13]。

经上述分析可知，使用A或B柔软剂，低浓度养生处理可降低茜草植物染莫代尔纤维的表面摩擦性能，其中B柔软剂1%o.w.f处理最佳。

图1 柔软剂的用量对纤维摩擦因数的影响

3.2 静电性能

相关试验结果：白色莫代尔纤维比电阻0.32×109Ω·cm，未处理茜草植物染莫代尔纤维比电阻3.96×109Ω·cm。 编号1～9的样品纤维比电阻依次为0.07×109Ω·cm、0.05×109Ω·cm、0.12×109Ω·cm、0.1×109Ω·cm、0.06×109Ω·cm、0.17×109Ω·cm、0.13×109Ω·cm、0.16×109Ω·cm、0.14×109Ω·cm。

对比上述分析发现，经柔软剂处理过的纤维静电性能较未染色纤维和染色未处理纤维都有很大程度的改善，说明这三种柔软剂对茜草植物染莫代尔纤维都具有良好的静电整理功效。主要原因在于三种柔软剂中均含有氨基、聚氧乙烯基(聚醚基)等亲水性基团，其可大量吸附空气中的水分子，提高了植物染散纤维的吸湿性能，降低了纤维比电阻，加快了纤维表面电荷的散逸，进而提高纤维的防静电性能[14]。上述结果表明：三种养生助剂均可显著降低茜草植物染莫代尔纤维的静电性能。结合纤维的摩擦性能，最终确定使用1%o.w.f的B柔软剂处理茜草植物染莫代尔纤维的养生效果最佳。

3.3 可纺性

经超声波处理后的莫代尔纤维表面颗粒物去除效果虽然显著，但纤维干燥粗糙，可纺性依然不理想，在混纺纱线的生产中，混纺比例难以达到要求水平。将养生前和养生后的茜草植物染莫代尔纤维分别与未染色莫代尔纤维进行混纺，结果表明：养生前的纤维与未染色莫代尔纤维的混纺比仅为5%，且纺纱过程不顺利，出现了纤维缠绕胶辊、细纱断头等现象；养生后的纤维与未染色莫代尔纤维的混纺比高达50%，而整个纺纱过程比较顺利。

以上混纺试验表明，仅经超声波处理不能解决植物染莫代尔纤维可纺性差的问题，对纤维进行养生处理是必不可少的，且合适的养生方法能有效提高植物染莫代尔纤维的可纺性和混纺比例，为植物染莫代尔纤维的色纺纱生产提供了一定的理论基础。

4 结论

(1) 柔软剂的种类和浓度不同，对茜草植物染莫代尔纤维的养生效果不同，根据养生效果的不同可选择最佳处理条件。

(2) 综合各方面因素考虑，对于茜草植物染莫代尔纤维的养生处理最佳处理条件为：1%o.w.f的三元共聚聚硅氧烷柔软剂。

(3) 试纺试验表明，对茜草植物染莫代尔纤维进行养生是必要的，能有效提高纤维的可纺性和混纺比例，为植物染莫代尔纤维的色纺纱生产提供了一定的基础。