山羊绒纤维高锰酸钾防缩工艺

李 龙，蒋 芳

(1.西安工程大学 纺织与材料学院，陕西 西安 710048;2.广西工学院 生物与化学工程学院，广西 柳州 545006)

随着人们生活节奏的加快，对纺织服装的要求越来越高，易护理、机可洗服装越来越受到消费者欢迎。毛类服装产品要达到机可洗，首先要解决纤维的毡缩性问题，常用的解决方法包括“减法”和“加法”［1－3］。“减法”一般采用氧化剂处理工艺，通过降低纤维顺鳞片、逆鳞片方向摩擦因数，达到显著降低或者解决毛类纤维毡缩性的目的。“减法”防毡缩处理常用的试剂包括高锰酸钾(KMnO4)、过氧化氢(H2O2)、次氯酸钠(NaClO)等［5－7］。高锰酸钾是一种很强的氧化剂，通常用在医学领域，对人体和环境无害［8］。本文探讨了高锰酸钾对山羊绒纤维防缩处理，寻求山羊绒纤维氧化防缩处理的合理工艺。

1 高锰酸钾处理原理

在一定温度且含有其他助剂的高锰酸钾溶液中，羊毛纤维鳞片中的二硫键及肽键与高锰酸钾发生氧化反应而断裂，并有棕色 MnO2存在纤维表面上，其反应过程为

将高锰酸钾溶液氧化处理后的纤维用亚硫酸钠等助剂组成的还原浴进行处理，以脱去纤维表面的棕色，其反应过程为

2 试验部分

2.1 材料与仪器

材料:山羊绒(白无毛绒)、高锰酸钾、亚硫酸钠、HAc、平平加 O。

主要仪器:HH·S11－6型恒温水浴锅、电子天平、YHW 1102型烘箱。

2.2 防缩工艺流程

山羊绒纤维→浸水→离心脱水→高锰酸钾处理→水洗→还原处理→水洗→离心脱水→烘干。

2.3 试验设计

采用正交试验设计方法进行试验，设计方案见表1。浴比为 1∶50。还原处理条件为:45℃，15 m in，亚硫酸钠30 g/L，HAc 20 m L/L。

表1 高锰酸钾处理正交试验设计Tab.1 O rthogonal experim ent design of potassium perm anganate treating

2.4 纤维性能测试

山羊绒纤维防缩处理后不仅要获得良好的防毡缩效果，同时对纤维的强力损伤要小，以保证防缩处理不破坏山羊绒纤维的特性与纺织价值。

纤维毡缩体体积测试［10］:仪器主要由2个立体木质滚箱构成，通过电动机使木箱转动。选用尺寸为65 mm×65 mm ×85 mm的立方螺纹口塑料小瓶，把防缩处理后的纤维试样、皂液放入瓶中，将瓶放入木箱内转动30 m in，之后从木箱中取出小瓶，倒出纤维试样并用水洗净，把纤维试样放入烘箱烘干。用餐巾纸等制作纸浆，在已烘干的毡缩体表面涂上厚厚的一层纸浆，将表面覆有纸浆的毡缩体放进烘箱里烘干变硬，轻轻将里面的毡缩球取出，得到毡缩体外形的磨具。利用已知密度的粉末，将磨具填满，测出磨具内粉末的质量(m)，每个磨具测量10次，求粉末的平均质量。利用下式求出毡缩球的体积为

式中ρ为粉末的密度，g/cm3。

单纤维强力测试:采用YG004E型电子式单纤维强力仪。纤维夹持距离为10 mm，下夹头下降速度为10 mm/min，预加张力为0.1 cN，根数为100。

3 试验结果与分析

3.1 正交试验结果直观分析

高锰酸钾处理工艺正交试验结果与直观分析结果见表2。

表2 高锰酸钾处理正交试验结果与直观分析Tab.2 O r thogonal experim ent resu lt and visual analysis of potassium perm anganate treating

按照数理统计理论［11］，得到影响山羊绒纤维毡缩体体积的程度依次为:高锰酸钾用量＞pH值＞时间＞温度;对山羊绒纤维强力损伤的影响程度由大到小依次为:高锰酸钾＞时间＞温度＞pH值。因此，高锰酸钾用量是影响处理后山羊绒纤维毡缩性、纤维拉伸断裂强力的主要因素。

仅考虑山羊绒纤维毡缩性能，最佳处理工艺为:温度 50 ℃，时 间 20 min，高 锰 酸 钾 用 量0.5%(w/v)，pH=3;仅考虑山羊绒纤维强力，最佳处理工艺为温度50℃，时间20 min，高锰酸钾用量为0.1%(w/v)，pH=3。因此，同时考虑防缩处理后纤维的毡缩体体积与强力，则防缩处理时高锰酸钾用量不同，其他条件相同。

3.2 正交试验结果方差分析

运用方差分析法［11］，毡缩体体积方差分析结果见表3。可以看出，高锰酸钾的浓度对纤维毡缩体体积的影响是显著的，而其他因素对毡缩体体积没有显著影响。由表2可看出，当高锰酸钾用量为0.5%(w/v)时，毡缩体体积最大，即纤维的防缩性最好。单纤维强力方差分析结果见表4。可以看出，高锰酸钾用量对单纤维强力的影响显著，而其他因素对单纤维强力没有显著影响。由表2还可看出，当高锰酸钾用量为0.1%(w/v)时，单纤维强力最大。因此，高锰酸钾的用量对防缩处理后山羊绒纤维的毡缩性能、强力影响显著。

表3 毡缩体体积方差分析及F检验Tab.3 Variance analysis and F test of fiber felting volume

表4 单纤维强力方差分析及F检验Tab.4 Variance analysis and F test of single fiber strength

3.3 高锰酸钾浓度的影响

在温度为50℃，时间为20 m in，pH=3的条件下，高锰酸钾用量(w/v)分别为:0.1%、0.2%、0.25%、0.3%、0.35%、0.4%、0.5%，分析高锰酸钾用量对处理后羊绒纤维毡缩体体积、纤维强力的影响，结果见图 1、2。

图1 高锰酸钾用量对纤维毡缩体体积的影响Fig.1 Effect of potassium permanganate content on fiber felting volume

图2 高锰酸钾用量对纤维强力的影响Fig.2 Effect of potassium permanganate content on single fiber strength

从图1可看出，纤维毡缩体体积随着高锰酸钾用量的增加而增加，当高锰酸钾用量超过0.3%(w/v)时，纤维毡缩体体积变化较小。由图2可看出，在高锰酸钾用量小于0.3%(w/v)时，纤维强力随着高锰酸钾用量的增加变化较小;当高锰酸钾用量大于0.3%(w/v)时，纤维强力随着高锰酸钾用量的增加而减小。因此，高锰酸钾防缩处理的合理条件为:温度50℃，时间20 m in，高锰酸钾用量0.3%(w/v)，pH=3。在该工艺处理条件下，防缩山羊绒纤维的毡缩体体积为15.65 cm3，单纤维强力为4.17 cN，动摩擦效应为14.21%。未处理山羊绒纤维的毡缩体体积为8.10 cm3，纤维拉伸断裂强力为4.22 cN，动摩擦效应为8.98%。毡缩体的体积越大，表明纤维越不容易发生毡缩。

4 结论

高锰酸钾可作为氧化剂对山羊绒纤维进行防缩处理，其用量是影响处理后山羊绒纤维毡缩性、纤维拉伸断裂强力的主要因素。高锰酸钾氧化处理可以提高山羊绒纤维毡缩体体积。同时，在合理的工艺条件下处理山羊绒纤维，基本上不损伤山羊绒纤维的强力，且处理的山羊绒纤维具有良好的防毡缩性能。

［1］ 李霞，高卫东，卢雨正.羊毛防缩整理工艺的现状与展望［J］.纺织导报，2006(9):64－67.LIXia，GAOWeidong，LU Yuzheng.The actuality and prospect of shrink-proof finishing of wool textile［J］.China Textile Leader，2006(9):64 － 67.

［2］ 侯学峰，姚金波，修建.羊毛织物的生态防缩整理［J］.染整技术，2006(7):12－15.HOU Xuefeng，YAO Jinbo， XIU Jian.Eco-friendly shrink-proof finishing of wool fabrics［J］. Textile Dyeing and Finishing Journal，2006(7):12 － 15.

［3］ 赵澍，常亭亭.毛针织物壳聚糖防缩整理研究［J］.上海纺织科技，2011(5):31－33.ZHAO Shu，CHANG Tingting.Research on anti-felting woolly knitted fabric finished by chitosan［J］.Shanghai Textile Science＆ Technology，2011(5):31－33.

［4］ 姚穆，周锦芳，黄淑珍，等.纺织材料学［M］.北京:中国纺织出版社，2000:132－135.YAO Mu，ZHOU Jinfang，HUANG Shuzhen，et al.Textile Materials［M］.Beijing:China Textile＆ Apparel Press，2000:132－135.

［5］ 蒋芳，林海涛，黄继伟，等.山羊绒纤维双氧水防缩处理研究［J］.毛纺科技，2010(5):8－12.JIANG Fang，LIN Haitao，HUANG Jiwei，et al.Study on cashmere fibers shrink-proof by hydrogen peroxide treatment［J］.Wool Textile Journal，2010(5):8 － 12.

［6］ 郑秋生，李龙，王卫.KMnO4－Savinase蛋白酶对山羊绒纤维毡缩性能的影响［J］.毛纺科技，2012(1):31－35.ZHENG Qiusheng，LI Long，WANG Wei.Research on the felting properties of KMnO4－Savinase protease to cashmere［J］.Wool Textile Journal，2012(1):31 －35.

［7］ 陈莉，刘玉森，王洋.不同防缩方法对羊毛性能的影响［J］.纺织学报，2010，31(8):21－25.CHEN Li，LIU Yusen，WANG Yang.Impact of different shrink-proofmethods on wool properties［J］.Journal of Textile Research，2010，31(8):21 －25.

［8］ 李博，姜风琴，童步章.毛织物高锰酸钾丝光防缩整理工艺［J］.毛纺科技，2003(3):28－30.LI Bo，JIANG Fengqin，TONG Buzhang.Mercerization and shrinkproof finishing with potassium permanganate for woolen fabrics［J］.Wool Textile Journal，2003(3):28－30.

［9］ 张海燕.高锰酸钾法绵羊毛变性的研究［J］.毛纺科技，1996(6):41－44.ZHANG Haiyan.Wool modification using potassium permanganate［J］.Wool Textile Journal，1996(6):41－44.

［10］ 蒋芳.山羊绒纤维氧化防缩工艺及性能研究［D］.西安:西安工程大学，2009:13－14 JIANG Fang.Cashmere fiber oxidation shrink-proof and properties of the fiber［D］.Xi'an:Xi'an Polytechnic University，2009:13－14.

［11］ 汪荣鑫.数理统计［M］.西安:西安交通大学出版社，1987:148－154.WANG Rongxin.Mathematical Statistics［M］.Xi'an:Xi'an Jiaotong University Press，1987:148 －154.