鞠 金 星， 王 寶 權(quán)， 呂 站 逵， 季 英 超

( 1.大連工業(yè)大學(xué) 紡織與材料工程學(xué)院, 遼寧 大連 116034; 2.遼寧中澤集團(tuán)朝陽紡織有限責(zé)任公司, 遼寧 朝陽 122000 )

0 引 言

大麻纖維適應(yīng)性強(qiáng),種植期間不需要噴灑農(nóng)藥和施肥,對周圍環(huán)境沒有污染[1],而且大麻纖維具有吸濕透氣、抗菌保健、抗紫外線輻射和消音吸波功能,且刺癢感相對較弱[2]。大麻織物具有“挺而不硬、輕而不飄、爽而不皺”的特點,正是具有這些優(yōu)越的特性使大麻成為夏季面料中必不可少的原料[3]。但由于大麻纖維結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分不同于棉、苧麻和亞麻,纖維比較硬,且長度和細(xì)度十分不勻,因而大麻紗線在針織機(jī)上直接編織成圈困難,易出現(xiàn)斷紗、破洞、壞針等問題[4]。為了滿足市場的要求,目前均采用大麻纖維混紡來降低紗線剛性。作者提出了先采用氫氧化鈉對大麻紗線預(yù)處理,再使用柔軟劑處理來降低大麻紗線剛度的方法,以期達(dá)到生產(chǎn)純大麻針織產(chǎn)品的目的。

1 堿改性作用原理

為了改善大麻紗線的柔軟性,使大麻紗線能在針織機(jī)上容易編織成圈,采用氫氧化鈉溶液處理大麻紗線。其機(jī)理是大麻纖維素在堿液中會吸濕膨脹,一方面纖維自身形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,其結(jié)晶度和取向度減弱,而纖維分子中無定形區(qū)增加;另一方面堿液滲入纖維素原纖結(jié)構(gòu),與微原纖之間的半纖維素和木質(zhì)素發(fā)生作用,消除纖維內(nèi)部應(yīng)力,使聚合度降低,纖維初生壁及纖維間木質(zhì)素含量降低,從而使纖維本身變得柔順[5-6]。

2 試 驗

2.1 材料及儀器

原料與試劑:41.7 tex大麻紗線,氫氧化鈉,陽離子柔軟劑CWS.CON。

儀器:數(shù)顯恒溫水浴鍋,電子天平,YG061型紗線電子強(qiáng)力儀,烘箱。

2.2 工藝流程

紗線→浸潤→堿改性(浴比為1∶20)→水洗→柔軟整理→水洗→烘干。

2.3 測試及評定方法

斷裂強(qiáng)力與初始模量:按GB/T 3916—1997《紡織品、卷裝紗、單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定實驗方法》,在YG061型紗線電子強(qiáng)力儀上測定。初始模量的大小表示纖維在小負(fù)荷作用下變形的難易程度,即纖維的初始模量大,其制品比較挺括；反之,初始模量小,制品比較柔軟[4]。

減量率:按標(biāo)準(zhǔn)方法測試出試驗前后試樣的質(zhì)量,并按式(1)計算:

(1)

通過減量率能夠反映氫氧化鈉對紗線的處理程度,減量率應(yīng)控制在3%以內(nèi)。

3 結(jié)果與討論

3.1 堿改性工藝條件的選擇

3.1.1 堿改性正交試驗

為優(yōu)選適用于大麻紗線的柔軟工藝,以堿液質(zhì)量濃度(ρ)、溫度(θ)、浸漬時間(t)作為主要影響因素,選用初始模量、斷裂強(qiáng)力、減量率作為分析指標(biāo)進(jìn)行正交試驗[7],結(jié)果如表1所示。

表1 正交試驗方案與數(shù)據(jù)處理

由表1試驗結(jié)果可知,對大麻紗線初始模量的影響因素顯著次序為堿液質(zhì)量濃度>溫度>浸漬時間,且Fρ(2,2)=595.66>F0.1(2,2)=9.0,所以堿液質(zhì)量濃度在水平α=0.1下顯著；由Fθ(2,2)=4.02>F0.25(2,2)=3.0可知,溫度在水平α=0.25 的條件下顯著；浸漬時間對初始模量的影響不大。對大麻紗線斷裂強(qiáng)力的影響因素顯著次序為堿液濃度>溫度>浸漬時間,且Fρ(2,2)=140.58>F0.1(2,2)=9.0、Fθ(2,2)=3.38>F0.1(2,2)=9.0,所以堿液質(zhì)量濃度與溫度在水平α=0.1下顯著；由Ft(2,2)=4.13>F0.25(2,2)=3.0可知,浸漬時間在水平α=0.25的條件下顯著。對大麻紗線減量率的影響因素顯著次序為堿液質(zhì)量濃度>溫度>浸漬時間,且Fρ(2,2)=38.50>F0.1(2,2)=9.0,所以堿液質(zhì)量濃度在水平α=0.1 下顯著；由Fθ(2,2)=7.50>F0.25(2,2)=3.0可知,溫度在水平α=0.25的條件下顯著；浸漬時間對紗線減量率的影響不大。

通過分析紗線初始模量、斷裂強(qiáng)力、減量率及工藝條件綜合考慮得出最佳工藝條件為:堿液質(zhì)量濃度100 g/L,溫度20 ℃,浸漬時間20 min。在此工藝條件下整理的大麻紗線,初始模量降低了62.73%,手感柔軟,可編織性能明顯提高,且斷裂強(qiáng)力降低1.82%(小于5%),減量率為2.0%(小于3%),同時堿用量與溫度都較低,有利降低成本和排放。為了驗證最優(yōu)工藝條件,對不同影響因素做以討論并且進(jìn)行了單因素分析。

3.1.2 堿液質(zhì)量濃度對紗線性能的影響

對大麻紗線進(jìn)行改性處理時,堿液濃度是非常重要的因素[8]。為了考察堿液濃度對改性效果的影響,在溫度20 ℃、浸漬時間20 min、浴比1∶20的工藝條件下,采用不同質(zhì)量濃度的氫氧化鈉溶液對大麻紗線進(jìn)行柔軟整理,處理后紗線性能指標(biāo)見表2。

表2 堿液質(zhì)量濃度對大麻紗線性能的影響

Tab.2 Effect of alkali concentration on performance of hemp yarns

ρ/(g·L-1)初始模量/(cN·tex-1)斷裂強(qiáng)力/cN減量率/%8084.96897.551.610057.88887.662.112054.05873.602.715043.35811.754.518040.64779.905.1

由表2可知,隨氫氧化鈉質(zhì)量濃度的提高,紗線初始模量與斷裂強(qiáng)力下降,但減量率增加；而當(dāng)氫氧化鈉質(zhì)量濃度增加到150 g/L以上時,強(qiáng)力下降過大,減量率過高,而紗線初始模量降低不明顯。這可能是由于氫氧化鈉質(zhì)量濃度在150 g/L時,大麻纖維產(chǎn)生了不可逆溶脹,繼續(xù)提高堿液濃度,纖維的溶脹程度增大,消晶和解取向程度更大,導(dǎo)致強(qiáng)力下降很大。綜合考慮成本與紗線的可編織性能,確定氫氧化鈉質(zhì)量濃度在100 g/L較合適。

3.1.3 溫度對紗線性能的影響

在大麻紗線改性的反應(yīng)中,溫度也是一個很重要的影響因素[9],它影響氫氧化鈉反應(yīng)速度。在堿液質(zhì)量濃度100 g/L、浸漬時間20 min、浴比1∶20的工藝條件下,采用不同溫度對大麻紗線進(jìn)行處理,處理后紗線性能指標(biāo)見表3。

表3 溫度對大麻紗線性能的影響

Tab.3 Effect of temperature on performance of hemp yarns

θ/℃初始模量/(cN·tex-1)斷裂強(qiáng)力/cN減量率/%2056.47887.332.04056.15886.692.46055.30885.812.78052.28810.403.7

由表3知,溫度升高對紗線手感影響不大,但紗線斷裂強(qiáng)力卻有較大降低,減量率增加明顯。因此,溫度應(yīng)控制在一定范圍內(nèi),即確定為20 ℃。

3.1.4 浸漬時間對紗線性能的影響

在堿液質(zhì)量濃度100 g/L、溫度20 ℃、浴比1∶20 的工藝條件下,采用不同浸漬時間對大麻紗線進(jìn)行處理,處理后紗線性能指標(biāo)見表4。

表4 浸漬時間對大麻紗線性能的影響

Tab.4 Effect of soaking time on performance of hemp yarns

t/min初始模量/(cN·tex-1)斷裂強(qiáng)力/cN減量率/%1556.98887.652.02056.47887.332.02555.87876.522.53055.30863.662.7

由表4可知,氫氧化鈉作用時間長短對紗線手感影響不大,而當(dāng)時間過長時,紗線的強(qiáng)力損失很大,減量率過高。因此浸漬時間確定為15 min比較合適。

通過正交試驗與單因素分析確定了最優(yōu)的堿改性工藝條件為:堿液質(zhì)量濃度為100 g/L,溫度20 ℃,浸漬時間15 min,浴比1∶20。

3.2 超柔軟整理討論

大麻紗線經(jīng)堿改性處理后紗線剛性下降,手感柔軟性得到改善,可編織性能提高。但紗線表面不滑順,毛羽較多。為進(jìn)一步提高大麻紗線的柔軟整理效果,采用柔軟劑進(jìn)行柔軟再處理降低大麻紗線的剛性,提高紗線的上機(jī)編織性能[10]。柔軟整理配方與工藝如下:柔軟劑2.5 g/L,滲透劑4 g/L,溫度50 ℃,時間40 min,浴比1∶8。

經(jīng)超柔軟整理后紗線的初始模量降低66.43%,柔軟度進(jìn)一步提高,紗線表面滑順,毛羽減少。這是由于經(jīng)堿處理后使纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,更容易使柔軟劑中的反應(yīng)基團(tuán)與大麻纖維表面的羥基等相互作用,在纖維表面形成非常牢固的吸附,從而在纖維表面生成一層極薄的膜,降低了纖維與纖維之間的摩擦系數(shù)。從表面化學(xué)觀點來看,經(jīng)柔軟整理后,大麻纖維的表面能降低,纖維容易舒展,使紗線產(chǎn)生柔軟滑順的性能[6]。

4 結(jié) 論

(1)大麻纖維的改性程度越高,其性能也越優(yōu)。在大麻紗線柔軟處理中,通過正交試驗與單因素分析,確定堿改性處理的最優(yōu)工藝條件為:堿液質(zhì)量濃度為100 g/L,溫度20 ℃,浸漬時間15 min,浴比1∶20。

(2)大麻紗線經(jīng)堿改性后,纖維的結(jié)構(gòu)形態(tài)和物理性能發(fā)生變化,大麻紗線的柔軟性得到改善,但強(qiáng)力有所下降,這就要求在整理操作中應(yīng)該嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行。

(3)大麻紗線經(jīng)堿改性與柔軟劑超柔軟整理后,初始模量較原紗線降低66.43%,柔軟整理效果明顯,手感柔軟細(xì)膩,提高了紗線的上機(jī)編織性能,為生產(chǎn)純大麻針織面料提供了條件。

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