桥键式抗皱整理增强毛织物耐洗性

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主持：梁枫

嘉宾：武汉纺织大学副校长徐卫林教授

主持人：徐教授，你们的科研团队在不同纱线的浆纱及不同纺织面料的后整理方面做了很多研究工作，请问你们开展这项研究工作的出发点是什么?

徐卫林：10年前，我们团队刚进入上浆课题的研究时，发现不同品种的纱线采用的浆料配方不同，相同品种不同规格的纱线上浆配方不同，而相同品种相同规格的纱线不同经密度的经轴上浆方案还是不同。在这繁杂的现象中，究其本质就是纤维表面性能的差异性导致上浆时浸透层和被覆层性能的差异。不同的纤维其表面性能差异很大，甚至完全不同。

主持人：对于天然蛋白质纤维——羊毛而言，它的结构有什么特点?

徐卫林：羊毛纤维的结构与棉纤维截然不同。羊毛纤维基本是由氨基酸螺旋大分子组成，其结构分为鳞片层和皮质层。每一个鳞片是一个细胞，称为表皮细胞，由细胞间质cmc粘结组合成羊毛表面的连续覆盖的鳞片层。中间的皮质层主要是由角质蛋白构成，具有良好的吸湿性能，其公定回潮率为15%~16%。鳞片层的鳞片是角质化细胞在成形后失去了细胞核和原生质，成为死细胞组织的角质薄片。鳞片分为外表皮层、次表皮层和内表皮层。外表皮层在鳞片最外层，厚度为5nm~10nm，化学稳定性好，耐碱、耐强酸、耐氧化，它是由角质化了的蛋白质组成，含硫量高，组织致密。次表皮层是非结晶蛋白质的凝集物，其中含有16%的胱氨酸。内表皮层主要是非角质化的蛋白质，胱氨酸的含量大约在3%。羊毛鳞片的作用是抵抗外界机械、化学物质等的侵蚀。由于鳞片的外表皮层的致密性和化学惰性，羊毛表层的亲水性能和反应活性都很低。鳞片在生长过程中，前缘向着纤维顶端形成突出台阶。因此与羊毛纤维发生不同方向的摩擦时，会产生摩擦的各向异性。

五种抗皱整理各有局限

主持人：目前，对羊毛通常采用树脂抗皱整理，这种方法是否完美呢?

徐卫林：对羊毛采用树脂抗皱整理，可以说有利也有弊。因为如果仅仅通过表面活性剂和浸轧的方法将树脂整理剂均匀地涂覆到羊毛织物中，由于羊毛鳞片的存在，羊毛织物与树脂之间的界面层结合牢度就非常有限。在织物后期使用的过程中，受到热湿和机械外力的作用，树脂很容易脱落，抗皱效果持久性很难保证。后来，业界有人提出去除鳞片，直接将皮质层曝露在外，这样就可以解决界面的问题。

虽然这种整理方法能够解决界面牢度的问题，但是也带来很多弊端，主要表现在：这种处理工艺耗时，对设备有一定要求;使羊毛纤维的主干受损，织物的强力得不到保证，耐用性不够;去鳞片一般都是采用含氯的化学试剂，整理后的羊毛仍然残留氯的成分，这对人体有较大的伤害。这些弊端使得这种整理方法没有能够持久使用。

主持人：既然羊毛的鳞片层是一种化学惰性极强的物质，那是否意味着羊毛后整理中会存在结合牢度不好的问题?你们又是如何解决这一问题的?

徐卫林：羊毛是一种常用于高档面料的服用纤维，由于羊毛鳞片的化学惰性，羊毛面料的功能整理一直都是约束毛纺行业发展的瓶颈。

国内外在抗皱防缩整理方面主要采用以下五个方面的方法：

第一种采用电晕或低温等离子体处理，这一类处理方法具有一定的提升抗皱防缩的效果，但这种处理方法具有一定的时效性，效果不耐久;第二种在采用电晕或低温等离子体处理后的羊毛织物再用整理剂处理，这种处理方法对提高整理剂与羊毛的界面结合力有帮助，比单纯的采用抗皱防缩整理耐久效果明显，但是仍然没有解决不耐久的问题;第三种采用一定的化学方法将羊毛的鳞片部分或完全除去，处理试剂渗透进羊毛内部与羊毛大分子端基络合提高羊毛的抗皱防缩效果，这一类处理方法对羊毛织物的强力影响显著，但影响织物的使用寿命;第四种在对羊毛鳞片处理后，再对羊毛采用整理剂处理，这种处理方法效果较好，但是织物的强力在剥鳞片时损伤严重，并且处理时间长，工艺复杂;第五种直接对羊毛织物采用抗皱防缩整理剂处理，目前国内外主要在整理剂中加入强氧化性或还原性的试剂，以提高聚合物与羊毛织物之间的结合力，但是由于羊毛表面的化学活性低，效果仍然有局限性。

不对水资源产生污染

主持人：目前，你们研究出比较完美的解决方案了吗?

徐卫林：针对上述存在的问题，我们团队经过反复实验，提出了一种可有效提高羊毛织物抗皱整理效果耐久性的方法，我们给它取了一个名字：桥键式抗皱整理。这种方法由三步组成：第一步，采用电晕放电设备对羊毛织物进行处理，提高其表面亲水性和增加比表面积，方便整理剂顺利浸入织物;第二步，将偶联剂通过浸轧的方式在织物表面形成偶联剂分子膜;第三步，浸轧抗皱整理剂，并在一定的温度下进行加固处理。

主持人：请您将每一步的原理解释一下。

徐卫林：首先羊毛在经过电晕放电处理后，刻蚀了部分羊毛纤维的鳞片外层，增加了羊毛纤维的表面积，刻蚀损伤的深度为纳米级，对羊毛的主干皮质层几乎没有任何损伤，解决了传统工艺中预处理毛织物强力损失较大的问题。发生刻蚀部分的鳞片层化学活性比该部分原表层的化学活性高，增加了羊毛表面的化学活性。在电晕处理的过程中，在高速粒子的轰击下，处理工作区域的氧气会发生电离生成臭氧，臭氧的强氧化性使羊毛表层大分子被氧化，增加了羊毛表面的化学活性。电晕是一种无需用水的物理反应过程，并且节水，无需任何化学试剂，不会对水资源产生污染。解决了传统处理工艺不可避免的对水资源不同程度的污染问题，也解决了传统工艺中残留有机物挥发的问题。同时，电晕放电处理的时间短、运行快，布样无需加热或堆置。这与传统去鳞片处理工艺相比，具有时间短、强力保留率高的特点。

羊毛织物在经过电晕处理后采用化学处理，通过化学方法处理的羊毛织物表层覆盖了一层分子膜，这层膜是由偶联剂组成。偶联剂水解后，分子间会相互发生缩合反应，从而在羊毛表面形成了网状的分子膜，每一个缩合后的分子片段都有两个环氧基团。当羊毛织物在80~100℃的温度间烘干时，环氧基团会部分开环，开环的环氧基与羊毛表面分子发生化学缩合反应，使偶联剂分子膜通过化学键连接的方式与羊毛连接在一起，然后再采用抗皱整理剂整理，经过烘干和焙烘处理。这一处理过程就使原先未开环的环氧基充分开环反应，分别与水溶性聚氨酯和羊毛发生化学缩合反应。

整个化学处理过程改变了传统工艺中树脂和羊毛纤维的直接粘合方式，而是由偶联剂聚合体上未开环的环氧基分别与羊毛和水溶性聚氨酯发生化学反应，通过化学键连接的方式替代了传统的氢键结合方式。桥键式抗皱整理法提高了界面的结合力，增强了羊毛织物抗皱整理效果的耐洗涤性。这项技术目前已申报了国家发明专利。

主持人：这种方法已经应用到生产环节了吗?

徐卫林：在实验室取得成功后，我们与有关毛纺公司联合进行生产试验，经过多次摸索试验工艺，已经成功生产出轻薄高支羊毛织物抗皱面料。

经过以上羊毛抗皱整理的实例，我们得出：对表面惰性的纤维，不管是天然的还是人造的，它都需要找到一种表面快速改性的方法，这种方法可能是某种单一的技术，可能是几种技术的有序组合。通过恰当的表面快速改性处理后的织物，再经过整理，它的加工更加容易、牢度更好。我们通过深入研究纤维表面性能，掌握纤维表面的具体理化指标，探索适应各种表面性能的快速改性方法，这样我们才能提升制造高档纺织品的能力。