亚硫酸氢钠及亲水柔软剂对涤纶/羊毛混纺织物服用性能的影响

陈和平，刘光平，曾跃兵，刘丽芳

(1.东华大学 纺织学院，上海 201620； 2.重庆三五三三印染服装总厂有限公司，重庆 402260)

涤纶/羊毛混纺织物广泛应用于服装面料，有着挺括度高、耐磨性好、抗皱性好等诸多优点，但也存在着亲水性差、有刺痒感[1]等问题。涤纶/羊毛混纺织物产生刺痒感除了与纤维直径、刚度、长度等因素有关外，还与羊毛鳞片有关[2]，人体皮肤接触羊毛时会产生刺扎的不适感，大大降低了其服用舒适性。为提高面料的服用舒适度，可对羊毛鳞片进行处理。常见的处理工艺中，树脂处理法工艺简单[3]，但处理后织物手感偏硬，并且由于纤维表面树脂薄膜会脱落，导致耐久性差；酶处理法[4]安全、作用条件温和，但是存在着损伤纤维内部结构的问题；氯化法[5]处理成本低、效果明显，不过由于处理后的废水含有卤化污染物对环境有害，不符合环保理念。微溶解法是一种溶解固体表面、但是基本不损害其内部结构的方法，已被运用在棉麻织物改性上[6]，但在羊毛刺痒手感整理上未见报道。为了不破坏羊毛内部结构并且能低成本、环保高效的消除羊毛鳞片，本文采用NaHSO3/尿素微溶解体系对羊毛鳞片进行溶解[7]，NaHSO3和尿素能分别破坏鳞片表层的二硫键和氢键，以此来改善羊毛织物的手感。由于二者均是廉价易得、运用广泛的工业品，在羊毛改性上有大规模应用的潜力。

涤纶纤维强力高、耐热性好、面料挺括，但是吸湿性差，易起静电[8]。为了改善涤纶服用舒适性，可通过物理改性和化学改性[9]来降低其疏水性。常见的碱减量法[10]用于亲水处理高效简单，但是处理涤纶/羊毛混纺织物时，不但会损伤涤纶强力，也会直接溶解羊毛纤维。等离子体[11]、高能射线辐射接枝处理等方法虽然能得到亲水性涤纶，然而目前并不适合工业化大生产。柔软剂整理是一种简便高效的手感改性方法，在生产中常用于棉、涤纶的手感改善[12]。为了兼顾织物手感及亲水性，本文采用NaHSO3/尿素体系和天银FC-271阳离子型亲水柔软剂对涤纶/羊毛织物进行处理，研究其对改善织物刺痒感、亲水性的影响。

1 实验部分

1.1 实验材料

涤纶/羊毛80/20混纺平纹织物(重庆三五三三印染服装总厂有限公司)，经向密度252根/(10 cm), 纬向密度206 根/(10 cm)。

试剂：亚硫酸氢钠(分析纯，北京伊诺凯科技有限公司)、尿素(分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司)、无水乙醇(分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司)，天银阳离子型亲水柔软剂FC-271(青岛天银纺织科技有限公司)、去离子水(实验室自制)。

1.2 实验仪器

P-A0染色轧染小样机(无锡阳搏印染机械设备有限公司)、FA2204C电子天平(PrecisaLite公司)、WG-9000鼓风干燥机(天津市通利信达仪器厂)、KT-24P摇摆小样染色仪(靖江市华夏科技有限公司)、超声波清洗机(广东固特超声股份有限公司)。

1.3 实验方法

1.3.1 羊毛微溶解整理

裁取10块10 cm×10 cm的涤纶/羊毛混纺织物试样，置于无水乙醇中超声波清洗5 min，再用蒸馏水反复清洗后于烘箱60 ℃干燥20 min备用。将清洗后未处理的涤纶/羊毛织物作为对照组，经过以下工艺处理后的织物作为实验组。

称取60 g尿素加入1 L去离子水中配制1 mol/L尿素溶液，然后分别加入0、10、20、30、40 g NaHSO3，依次标为试样1#、2#、3#、4#、5#；将清洗后的涤纶/羊毛织物置于不锈钢杯中，再加入200 mL不同质量浓度的NaHSO3/尿素溶液，然后将不锈钢杯置于摇摆小样染色仪中振荡，染色机电脑输入频率为50 Hz，反应温度为80 ℃，时间为2 h；然后将织物取出，用去离子水洗净，在60 ℃烘箱中干燥15 min。

1.3.2 亲水整理

优选刺痒感整理后的涤纶/羊毛织物，采用天银亲水柔软剂FC-271浸轧处理，试剂质量浓度分别采用10、20、30、40 g/L 4个梯度，对样品的处理方法和编号如表1所示；浴比均为1∶20，采用一浸一轧工艺，轧余率80%，烘焙温度130 ℃，烘焙时间90 s。织物试样整理见表1。

表1 织物试样整理 g/L

1.4 测试与表征

1.4.1 刺痒感主观评价

羊毛刺痒感的评价目前并无统一标准，参照FZ/T 30005—2009《苎麻织物刺痒感评价方法》测试整理后试样的刺痒感，根据刺痒的感受，将刺痒感划分为5个等级，分级标准见表2。

表2 刺痒感评价分级标准 级

测试时为了更精确反应刺痒感受，将织物置于测试者前臂、颈部、肩部3个触觉敏感处，3处测试均完成后进行刺痒评级。青年人群触觉较为敏锐，为保证评级准确，测试选择5位身体健康青年测试者，每个试样的刺痒感评价值由5位测试者进行评价，取平均值。测试者基本信息见表3。

表3 测试者信息

1.4.2 表面接触角测试

根据标准DB44T 1872—2016《纺织品 表面润湿性能的测定 接触角法》，采用德国Dataphysics公司OCA15EC型接触角测试仪，裁剪70 mm×40 mm试样，用双面胶黏贴在76 mm×46 mm玻璃片上，用5 uL大小的液滴进行测试，每个样品测试10次，取其平均值。

1.4.3 表面形貌观察

采用DXS-10ACKT扫描电子显微镜(上海田京电子光学公司)对试样表面形貌进行观察。

1.4.4 化学结构测试

采用Nicolet 6700型傅里叶变换红外光谱仪(赛默飞世尔科技公司)测试试样的红外化学结构。

1.4.5 力学性能测试

采用南通宏大公司HD026NS多功能电子织物强力仪，根据GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》测试织物断裂强度，试样长度为(250 ± 2) mm、宽度为(50±2) mm，夹距为200 mm，拉伸速度为100 mm/min。

根据GB/T 3917.3—2009《纺织品 织物撕破性能 第3部分：梯形试样撕破强力的测定》测试试样撕破强度，试样尺寸为(75±1) mm×(150±2) mm。

2 结果与讨论

2.1 刺痒感评价

根据以上工艺，对织物进行测试，试样刺痒感评价结果见表4。由表4可知，随着NaHSO3质量浓度的增加，涤纶/羊毛混纺织物的刺痒感逐渐下降，在质量浓度为30 g/L时刺痒感降低为2.8级；当质量浓度增加到40 g/L时刺痒感保持不变。刺痒感有一定程度下降有以下2点原因：羊毛鳞片的溶解使得纤维摩擦因数下降，减少纱线的原纤化从而降低刺痒；少量—SH在被氧化时生成了—SOXH，降低了纤维的刚度。本文将NaHSO3质量浓度优选为30 g/L，添加亲水柔软剂对试样进行处理，测试结果表明二者的复合作用可显著降低试样刺痒感。在NaHSO3、亲水柔软剂质量浓度均为30 g/L时，试样刺痒感降低为1.2级；继续增加亲水柔软剂的质量浓度，试样刺痒感略有降低；但综合考虑试样刺痒感及生产成本，本文优选NaHSO3、亲水柔软剂质量浓度均为30 g/L。

表4 试样刺痒感评价结果 级

2.2 亲水性能分析

不同条件下涤纶/羊毛混纺织物的接触角测试结果如表5所示。由表示出，NaHSO3/尿素溶液处理后试样1#～5#的接触角从142.2°逐渐下降到137.5°，亲水性略有提高，主要是因为羊毛鳞片的溶解在一定程度上提高了试样的亲水性；但添加亲水柔软剂后，试样接触角显著下降，亲水柔软剂浓度为40 g/L时试样接触角降低到119.3°；此外，试样4#的接触角为137.9°，试样6#的接触角为125.7°，说明亲水柔软剂比NaHSO3/尿素溶液对试样亲水性的改善作用更为显著；而试样9#的接触角为124.1°，与试样6#的接触角接近，进一步说明在改善亲水性方面，主要是亲水柔软剂在发挥作用。

表5 接触角测试结果

2.3 纤维表面形貌分析

不同条件下羊毛纤维表面形貌如图1所示。可见，未经NaHSO3处理的羊毛纤维表面有着完整、清晰的鳞片结构(图1(a))。随着NaHSO3质量浓度的增加，鳞片的破坏程度也在逐渐加剧。低质量浓度溶液下鳞片的表面被钝化，鳞片密度虽然没有变化但有脱落的趋势(图1(b))；在NaHSO3质量浓度达到20 g/L时，鳞片已经有部分脱落，鳞片厚度变薄，表面光滑程度增加(图1(c))；在NaHSO3质量浓度达到30 g/L时，鳞片的溶解程度更加明显，其厚度显著下降，边缘变得模糊 (图1(d))；在NaHSO3质量浓度达到40 g/L时，鳞片结构基本消失，羊毛纤维表面变得较为光滑(图1(e))；在对NaHSO3/尿素处理后的织物进行柔软剂整理后，鳞片特征基本消失，羊毛纤维表面的光滑程度大大提高(图1(f))。

图1 不同条件下羊毛纤维表面扫描电镜照片(×1 000)

2.4 红外光谱图分析

图2 整理前后试样的红外光谱图

2.5 力学性能分析

不同处理条件下，涤纶/羊毛混纺织物的撕破强力、断裂强力测试结果见表6。由表6示出，试样1#～5#的拉伸和撕裂强力均随着NaHSO3质量浓度的上升而略有下降，这与羊毛纤维表面鳞片溶解有关，羊毛鳞片的减少会降低纤维表面摩擦因数，使得纤维间抱合力降低，从而影响织物强力。但试样中涤纶纤维占比80%，涤纶纤维基本不受NaHSO3/尿素溶液影响，因而强力略有下降。而试样9#的经纬向拉伸断裂强力仍呈下降趋势，但撕裂强力有所提高；这是由于经亲水柔软剂处理后，纤维变得平滑易于滑动，在经受撕裂作用时易于形成较大的撕裂三角区，从而提高撕破强力；但是纤维间抱合力降低，从而降低了拉伸断裂强力。

表6 试样断裂强力及撕破强力 N

3 结束语

采用NaHSO3/尿素微溶解体系，可部分溶解羊毛纤维表面鳞片，再经亲水柔软剂整理后，能够进一步降低织物刺痒感、改善亲水性。在NaHSO3和亲水柔软剂质量浓度均为30 g/L时，羊毛纤维表面鳞片出现明显溶解现象，织物刺痒感明显下降，亲水性有所改善，显著提升了织物的服用性能。值得注意的是，该溶解体系在处理有色毛/涤纶混纺织物的过程中，高温下会出现织物染料掉色的情况，实际生产中可能需要根据具体情况调整染色与微溶解的工序。