棉改性技术的研究进展陈 莉(西安工程科技学院 陕西 西安 7l0048) 摘要:文章重点介绍了棉纤维改性技术及改性产品的开发现状,分析了棉改性技术的发展趋势,得出经过改性后可以实现棉纤维性能的优良化、功能的多样化、产品的生态化。
关键词:棉纤维;改性:产品开发中图分类号:TS1901641 文献标识码:A 文章编号:1009-265X (2006)04-0050-03收稿日期:2006-01-13作者简介:陈 莉(1973- ),女,河北枣强人,助教,主要从事纺织新产品新技术的教学与科研工作。
棉纤维作为纺织原料具有悠久的历史,早在四千年以前,人们便开始利用棉花来纺纱织布。
长期以来,棉纤维一直活跃在纺织原料的舞台上。
至今,棉纤维仍然是纺织原料的主力军,棉纺织行业每年使用的纤维量占整个纺织纤维总量的60%以上,产品出口占纺织品、服装出口总量的30%左右[1],2003年我国纺织工业加工纤维总量超过2000万t ,天然纤维714万t ,其中原棉622万t [2],棉纺织产品在纺织行业占据着其它产品无法替代的位置。
20世纪80年代,由于化纤工业的兴起,各种性能的化纤不断涌现,棉纺织产品的开发和应用曾因此受到较大的冲击,但近年来随着人们生活水平和环境意识的不断提高,棉纤维以其穿着舒适性、可再生性和可生物降解性等优点而倍受人们青睬,将继续发挥着其特有的魅力。
棉纤维是天然纤维素纤维,大分子结构中含有亲水性基团,细绒棉长度在23～33mm ,长绒棉长度在33mm 以上,纤维纤细且柔软,色泽洁白,它自身存在的天然转曲使其具有优良的可纺性能[3]。
基于棉纤维的性能,棉织物具有良好的吸水性、吸湿性、易染色性,手感柔软,强度适度,穿着舒适等优点,但同时存在着抗皱性差,易收缩,保型性差,放湿慢,染色牢度低等缺点。
为提高产品档次,提高其服用性能,科技人员对棉纤维进行改性处理。
并已取得一定的进展。
1 棉纤维改性技术棉纤维改性技术是利用物理、化学、生物工程、纳米技术等高新技术对棉纤维结构或性能进行改性,其目的是改善棉纤维及织物存在的不足或赋予它们新的性能,使棉纤维的潜在功能得到了有效的开发。
棉纤维的改性受科技发展水平的制约,随着科技的快速发展,棉纤维的改性技术也不断充实和丰富,目前已经由单纯的物理改性发展为包括化学、生物、纳米技术等种类繁多的棉改性技术。
111 复合技术改性复合技术改性属于物理改性,方法包括混纺、复合纺纱和交织。
混纺是将棉纤维与其它天然或化学纤维按一定的混纺比例采用混纤、条混等方式混合后纺成纱线[4]。
如棉/涤纶,棉/锦纶,棉/丙纶等纤维混纺纱。
复合纺纱包括包芯纺、包覆纺、包缠纺等纺纱方法,通过复合纺纱可得到性能形态各异的花式纱线,如棉/氨纶包芯纱,兼具有棉与氨纶的性能,使织物获得较高的弹力,其制品柔软、舒适、贴身、运动自如、尺寸稳定。
棉与吸湿排汗纤维混纺纱线使布面细腻光洁、手感柔软,并兼具功能性。
在合成纤维中涤纶的混纺比例呈下降趋势,通过长丝包芯复合纱的新型纺纱方式更能适应面料抗皱、机可洗的新需求。
交织是将不同原料的纱线分别作为经纱和纬纱来织造成布,得到性能优良,风格独特的纺织品。
近年来,随着科技的进步和人们对服装舒适性、功能性、美观性等要求的提高以及环保意识的提高,越来越多新型纤维材料已经问世,从而棉纤维实现了与天丝纤维、莫代尔纤维、大豆蛋白纤维、聚乳酸纤维、圣麻纤维、新型PTT 纤维、C oolmax 纤维、T actel 纤维等新型原料的混纺,可发挥各类纤维的优良特性,取长补短,再加上特殊的组织风格,扩大了棉纺织产品的品种及花色,以满足各类不同用途产品的要求,使纺织品能更好的满足人们的多种需求,并降低原料成本。
并且随着新型纺纱方法和新型纺织材料的出现,复合改性将会・05・2006年现代纺织技术第6期综合评述有更大的发展空间。
112 等离子体改性等离子体技术是从20世纪60、70年代开始发展的一种新技术,等离子体可分为高温等离子体和低温等离子体,纺织染整加工主要应用低温等离子体,低温等离子体的产生通常采用电晕放电和辉光放电两种[5]。
工作气体多为氧气和空气,低温等离子体对棉纺织物进行表面改性,使其表面的化学组成与结构发生变化,在棉纤维表面产生刻蚀、氧化、分裂和接枝含氧基团等作用。
科研人员研究表明棉织物经等离子体处理后吸水性、吸汗性增强,毛细效应明显改善。
空气等离子体处理60s,氧等离子体处理30s后,棉布的除蜡质和浆料的效果达到正常煮练漂白的程度,而且织物的强力几乎不受影响。
近年来,还有人采用等离子体处理引发不同乙烯基单体,含氟单体对棉纤维进行接枝聚合改性,赋予棉纤维良好的拒水性。
还有人将等离子体处理用于阻燃、抗皱和卫生等功能整理[6]。
113 化学改性化学改性是指通过改变纺织纤维高分子材料的化学结构来达到改性的目的。
目前主要有两种途径:a)采用比羟基亲核性更强的基团代替纤维素纤维上的羟基;b)采用阳离子化助剂对纤维素纤维进行改性。
例如,用N-羟甲基丙烯酰胺对棉纤维进行改性,然后用氨、甲胺、二甲胺、三甲胺、乙醇胺等进行胺化,可大大提高活性染料的固色率。
采用聚环氧氯丙烷-二甲胺对棉纤维进行改性,不但可以提高活性染料的固色率,减少电解质的电量,还可以赋予棉纤维以抗菌性能[7]。
此外,利用液氨对棉纤维改性可使棉织物获得良好的形态稳定性,改性后的棉织物防缩、防皱、柔软、强力性能提高。
其改性原理是液氨在化学上和水相似,但其粘度和表面张力都比水小,所以比水容易渗透到棉纤维中,在液氨处理后,棉纤维的外观发生变化的同时,其内部结构也发生变化。
纤维截面变成圆形、中空部分变小、消除了扭力,表面变得光滑;原纤的排列被整理,使其间隔均匀化;结晶度降低、结晶结构变得松驰。
与传统的丝光、树脂整理相比,液氨改性效果更为理想。
114 生物技术改性11411 基因工程改性天然彩色棉是利用转基因技术培育出来的一种新型棉花品种,科学家将负责产生颜色的基因植入棉花植株内,培育出在吐絮时就具有色彩的棉花,使棉纤维具有天然色泽,这样便可省去染色印花等工序,避免了染料染色给纺织品和环境带来的污染,符合人们追求生态,色彩多元化的需要,在功能上又满足人们对舒适性和卫生性的需要。
所以天然彩色棉产品被誉为生态纺织品,尤其适合于开发床上用品、婴幼儿服装、内衣、卫生材料等产品。
天然彩色棉存在的缺点是:目前只有棕色、绿色、黄色和红色,纤维色素单一且不稳定,易产生色差,给织物整理带来困难;与普通棉纤维相比,彩棉纤维长度偏短,强度偏低,整齐度较差,短纤含量高,棉结多。
在制定纺纱工艺时要遵循尽量减少纤维损伤这一原则,采用与普通棉混纺的方法,提高彩棉的可纺性能[8]。
目前,开展彩棉研究与产品开发的国家有美国、中国、埃及、法国、秘鲁等国家。
其中彩色棉生产量最多的为美国,其次是中国,在我国的新疆、四川、河南、江西、甘肃、河北、海南等省已经建立了彩色棉基地,2003年彩棉种植面积达4167×108m2(70万亩),产量达70000t[9]。
从事彩色棉产品开发的有北京天彩、北京九彩罗、山东德棉、山东万泰、江苏银宇等公司。
已开发出的产品有彩棉针织纱、机织纱、精梳纱、转杯纱。
11412 生物酶改性[10～12]传统的棉纺织印染行业对环境的污染和对资源的消耗已经成为全球关注的问题,因此采用对环境友好的染整工艺来替代传统印染方式已势在必行,其中生物酶整理是重要途径之一。
酶是一种生物催化剂,具有专一性、高效性的特点,反应条件温和,本身无毒无害,容易生物降解,对环境友好,目前生物酶主要应用于对棉织物的退浆、精练、减量或起毛加工的风格整理、打光整理、牛仔布砂洗等。
常用的酶制剂大致有如下几种:a)淀粉酶 对淀粉具有液化作用,用于棉织物的淀粉浆退浆工艺,国内应用较普遍。
b)果胶酶 可分解棉纤维中所含的果胶质,提高棉纤维和棉织物的润湿性,达到精练的目的,国内正在探索使用。
c)纤维素酶 可使纤维素起水解或降解作用,主要用于牛仔布酶洗处理、棉纤维与棉织物的超级柔软整理、生物打光、去茸毛、改善起球性等整理,通过调节纤维素酶的反应时间来控制整理效果。
酶洗处理应用较早且技术成熟,其它整理技术有初步应用。
・15・综合评述2006年现代纺织技术第6期生物技术的应用将成为纺织工业清洁生产和突破绿色壁垒的关键环节。
目前纺织用生物酶的生产和技术指导主要来自于丹麦诺维信公司,国内自主开发的生物酶较少,需要引起人们的关注,并且投入更多的科研力量。
115 纳米技术改性在聚合或纺丝时将纳米微粉加入或在织物后整理时以涂层的方式加入,以制成功能性纺织品。
纺织品的功能由所加入的微粉品种决定。
对于棉纤维由于无法在纤维的生产过程中添加功能性粉体,只能采用后处理的办法,其加工工艺有吸进法,浸轧法,涂层法,将纳米粉体借助于分散剂、稳定剂、黏合剂及一定的工艺方法处理到织物上,从而使棉纺织品获得特殊功能。
采用纳米级材料进行后整理的好处在于:对纺织品的色泽、染色牢度、白度、手感不会有大的改变的同时,利用纳米材料的优异特性赋予其新的功能。
目前存在的技术问题是:为了保证纳米材料的性能,要求将材料加入到纺织品上时仍然能保持为纳米级,但纳米粉极易凝聚,要在纳米级状态下保存、分散和使用比较困难,需要寻找合适的分散剂解决纳米粉体凝聚问题[13,14]。
纳米改性能够赋予棉纤维及织物特殊的功能,如抗菌除臭、抗紫外线辐射、抗静电、抗电磁辐射、远红外功能。
2 结 语棉纤维是大自然赐予人类的优良的纺织原料,充分挖掘棉纤维的应用空间是纺织工作者的责任,对棉纤维改性产品的开发大大丰富了棉纤维的应用领域,为纺织企业实现棉纤维性能的优良化、功能的多样化、产品的生态化提供了技术支持,使棉纤维继续在纺织材料上发挥巨大的作用。
另外,随着科学技术的不断进步将给棉纤维改性带来新的思路和方法,当然,棉纤维性能的优化与应用领域的拓展需要不断探索与实践。
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