低温等离子体技术在羊毛防毡缩中的应用

蒲亚宁,王雪燕

(西安工程大学,陕西 西安710048)

低温等离子体技术在羊毛防毡缩中的应用

蒲亚宁,王雪燕

(西安工程大学,陕西 西安710048)

文章阐述了羊毛的毡缩机理,总结了低温等离子体在羊毛防毡缩整理中的应用,并展望了羊毛防毡缩的发展趋势。

低温等离子体;羊毛;防毡缩;整理

羊毛作为一种天然蛋白质纤维，具有其他纤维无法比拟的优点，如手感柔软，富有弹性，光泽柔和，不易沾污，保暖性好等，因此由羊毛纤维织成的产品备受国内外消费者青睐。随着人们生活水平的提高，对高品质毛产品的需求也日益增加。但羊毛类服装若不经过防毡缩整理，护理难度大，在水洗涤过程中易产生毡缩变形，导致产品尺寸稳定性变差，同时破坏了要求织纹清晰、呢面光洁织物的风格特点，造成呢面织纹不清，花型模糊，这在一定程度上限制了羊毛的应用领域及市场拓展[1]。因此羊毛织物的防毡缩整理符合人们对高品质毛产品的需求，受到人们的极大重视。

1 羊毛毡缩机理

关于羊毛毡缩的机理仍然众说纷纭，通过对羊毛毡缩性能的大量研究，最认可的羊毛毡缩机理[1-2]是鳞片学说，即认为羊毛的毡缩是由于羊毛表面有着方向性的附着物—鳞片，导致了羊毛逆鳞片方向的摩擦系数大于顺鳞片方向的摩擦系数，称为定向摩擦效应。在湿热状态下，羊毛纤维被润湿、膨化，处于散乱状态的毛纤维受到不规则外力的作用时，羊毛纤维由于定向摩擦效应的存在，不能自由移动，就会产生弯曲缠绕毡缩。除上述机理以外，羊毛结构的复杂性，使得影响羊毛纤维毡缩的因素变得多样化，如羊毛纤维鳞片层尖端遇热胶化变软性、鳞片的疏水性、纤维遇湿溶胀性、天然卷曲性、良好的弹性以及羊毛纤维或织物所处环境的湿、热状态等均会对毡缩性产生一定的影响。

2 羊毛防毡缩原理及方法

羊毛织物防毡缩原理大多是建立在如何减小定向摩擦效应和改变羊毛固有弹性的基础上[3]。研究表明，羊毛防毡缩处理方法主要分为两大类，聚合物沉积法和降解法。

2.1 聚合物沉积法

又被称作“树脂法”或“加法处理防毡缩法”，该方法主要是利用聚合物沉积于羊毛纤维表面，通过交联作用使纤维定向摩擦效应减弱，以达到防毡缩的效果。最常用的树脂有：瑞士 Ciba-Geigy公司生产的Braxan LFA助剂，其化学结构为聚氨基甲酸酯类防毡缩树脂；美国生产的Hercosett 57助剂，其化学结构为聚酰胺类防毡缩树脂以及美国Dow-Coming公司生产的DC-109助剂，其化学结构为硅酮类防毡缩树脂[4]。该整理方法的缺点是：树脂类整理剂在羊毛纤维上的结合牢度会受到助剂结构性能、处理条件和水洗等因素的影响，防毡缩耐久性不强，同时其柔软的手感会因树脂涂层的存在而遭到破坏，而且有的防毡缩整理剂会释放甲醛等有毒气体，对环境造成污染。针对这个问题，有研究者将壳聚糖、蛋白助剂和谷氨酰胺转胺酶等作为毛产品的生物环保类防毡缩整理剂，研究表明[5]用谷氨酰胺转胺酶处理羊毛织物，通过利用羊毛内部的有效官能团发生交联反应，从而实现羊毛内部或是纤维之间的交联作用，达到防毡缩的目的。

2.2 降解法

又称“减法处理防毡缩法”，该方法主要通过化学助剂侵蚀羊毛纤维的角质层来破坏或去除鳞片，从而减少羊毛纤维的定向摩擦效应，达到防毡缩效果。最常用的减法防毡缩方法是氯化/赫科斯特(Hercosett 57)防缩处理法。该整理方法的缺点是：对羊毛纤维损伤严重，织物易泛黄，而且处理的一致性和均匀性也不理想[6]。此外这种整理对环境造成严重的污染，整理废水中含有致癌性可吸附有机卤素化合物，即整理废液中存在AOX污染物,因此该防毡缩工艺不符合清洁生产要求。为解决这些问题，研究者们通过大量实验研究，探索出了对羊毛纤维损伤较小的过一硫酸盐、臭氧等氧化剂的防缩处理法[7]。

此外，为了进一步提高羊毛的防毡缩性能，可以采用减法和加法联合防毡缩方法，或减法与减法联合的防毡缩方法。

3 低温等离子体在羊毛防毡缩中的应用

羊毛纤维传统的防毡缩工艺在提升羊毛纤维防毡缩性能方面有较好的效果，但是存在环境污染严重和羊毛纤维损伤严重的问题。

3.1 低温等离子体对羊毛防毡缩的作用机理

低温等离子体处理法属于降解法防毡缩整理，它是利用低温等离子体反应腔中被高度激发的不稳定活性粒子对羊毛纤维表面进行的物理和化学改性作用，即通过纤维表面的刻蚀，亲水性基团的引入以及接枝聚合等实现对纤维的改性。研究表明，低温等离子体处理后的羊毛表面形成很多凹槽，这样不仅增加了纤维表面的粗糙度，而且提升了羊毛纤维的亲水性，降低了羊毛纤维表面的DEF，最终使羊毛产品获得良好的防毡缩的性能[8-9]。图1和图2分别为未处理羊毛和低温等离子体处理羊毛表面的扫描电子显微镜图片。从图中可以看出，经等离子体处理羊毛纤维表面比未处理羊毛有更明显的刻蚀痕迹，说明低温等离子体对羊毛纤维表面鳞片层具有破坏作用。

图1 未处理羊毛纤维的SEM图

图2 低温等离子体处理羊毛纤维的SEM图注：低温等离子体处理条件：以空气为气体介质，放电时间为3 min，气体压强为60 Pa，处理功率为100 W。

3.2 单独低温等离子体处理对羊毛防毡缩性能的影响

等离子体处理条件对羊毛的防毡缩效果有很大影响。在其他影响因素一定的条件下，随着等离子体放电时间的延长，羊毛纤维表面的刻蚀作用增大，鳞片层遭到了破坏，表现在羊毛纤维的失重率增加，纤维表面具有更多的凹槽以及更好地亲水性，从而使得羊毛防毡缩性能得到提升[12]。

在相同气体介质条件下，等离子体放电时间对羊毛纤维的防毡缩效果的影响明显大于放电功率和气体压强。等离子体反应腔中气体介质对羊毛纤维防毡缩整理有较大的影响。在放电时间、气体压强和放电功率一定的条件下，氧气等离子体处理羊毛纤维的防毡缩效果优于空气、氩气和二氧化碳联合气体等离子体处理的效果，前者主要表现在羊毛纤维表面具有更加明显的刻蚀痕迹以及引入了更多的亲水性基团，还表现在羊毛纤维较为显著地失重，进而有效改善羊毛纤维的毡缩性能[11-13]。

C.W. Kan 等[14]采用低温等离子体对羊毛纤维的防毡缩性能进行相关研究，发现低温等离子体以氮气为气体介质处理羊毛纤维表面会引入更多的亲水性基团，如：氨基，羧基以及羟基等，从而使得羊毛纤维表面自由能降低，接触角减小，羊毛纤维的润湿性能显著提升，羊毛纤维的防毡缩性能得到更有效的改善。另外，Masukuni Mori和Volkmar von Arnim等[15]利用等离子体对羊毛纤维的防毡缩性能进行了相关研究，结果表明，在相同处理条件下，低温等离子体(介质阻挡放电)对羊毛织物防毡缩性能的改善优于低温等离子体(辉光放电)，并且发现随着处理时间的延长，前者对羊毛织物的毡缩面积会逐渐缩小，当处理时间大于300 s时，羊毛织物的面积毡缩率几乎为零。但是单独等离子体处理羊毛织物仍无法达到国际羊毛局的防毡缩机可洗的要求。

3.3 低温等离子体与其它方法联合对羊毛防毡缩性能的影响

3.3.1 低温等离子体与树脂联合

等离子体联合树脂对羊毛防毡缩整理是属于减法与加法相结合的防毡缩整理工艺，等离子体预处理的羊毛纤维，由于其表面发生了物理和化学改性，在随后的树脂整理时，使得树脂能够更好地吸附并覆盖在羊毛表面，从而有效降低羊毛的DFE，使羊毛产品的防毡缩性能得到进一步提升。

金郡潮等[16]以羊毛织物的面积收缩率为测试指标，通过改变等离子体处理条件，气体介质，树脂类型和柔软剂种类对羊毛织物的防毡缩性能进行研究，结果表明：用氧气低温等离子体处理羊毛织物时间3 min，气体压强50 Pa和放电功率100 W，处理后羊毛再采用protolan367进行防毡缩整理，羊毛织物的防毡缩效果最好。另外，等离子体联合树脂与单独等离子体整理效果进行比较，发现其进一步降低了羊毛织物的毡缩率,并且有效地改善了单独等离子体处理羊毛织物带来的粗糙手感。

3.3.2 低温等离子体与壳聚糖联合

等离子体与壳聚糖联合整理是一种新型的环保防缩整理技术。羊毛织物经过等离子体处理后，其表面会出现很多的凹槽和裂痕，又因为壳聚糖是一类具有良好亲水性能的天然聚阳离子型化合物，具有较好的成膜性，不仅可以对羊毛纤维的鳞片层和凹槽进行填埋，而且可以在羊毛织物表面包覆成膜，有效降低羊毛纤维间的摩擦因数，使得等离子体与壳聚糖联合整理羊毛织物表现出优越的防毡缩性能。

花兆辉等[17]采用低温等离子体，壳聚糖以及等离子体/壳聚糖的整理方法分别对羊毛织物进行比较试验， 结果表明：通过等离子体/壳聚糖联合整理的羊毛织物，其防缩性能优于其它工艺的防毡缩效果, 即先以氩气等离子体放电功率150 W, 气体压强25 Pa，放电时间3 min的条件下处理羊毛织物，再采用分子量20万、质量浓度1.0 g/L的壳聚糖对其进行联合整理,羊毛织物的毡缩率低至7.3%，达到了较好的防毡缩效果。但是单独等离子体处理的羊毛织物，其毡缩率却高达14.3%，不能体现出较好的防毡缩性。另外，Molina R[18]以等离子体放电时间，气体压强，处理功率，处理后的放置时间以及壳聚糖浓度为变量对羊毛织物的防毡缩性能做了大量的相关性研究，表明当壳聚糖浓度适当增大时，羊毛织物的面积收缩率会减小，但是改变等离子体放电时间、气体压强和处理功率对羊毛织物的防毡缩性能影响很小。

3.3.3 低温等离子体与酶联合

据相关研究表明，采用等离子体处理再联合生物酶处理可使羊毛织物具有更好的防毡缩效果[19]。

刘炳宏等[20]为改善羊毛织物毡缩性能，运用氩气低温等离子体与蛋白酶结合的方法对羊毛织物进行改性，研究表明：单独等离子体处理后，羊毛表面形成大量的凹坑,表面微观粗糙度增加,但是其毡缩率为14.24%，同时单独采用一定浓度的MG酶整理的羊毛织物，其毡缩率也只达到了11.26%，两种方法均无法达到国标羊毛局机可洗(<8%)的要求。但是先经一定条件等离子体处理的羊毛织物，再采用质量浓度为0.8 g/L的MG酶对其进行联合整理，其毡缩率仅为2.28%,表现出优异地防毡缩效果。另外，余雪满，李清政[21]通过测定羊毛织物的毡缩率,以等离子体电子密度、放电时间、气体压强、处理功率和酶浓度为影响因素对羊毛进行大量防毡缩整理实验，结果表明：蛋白酶与等离子体复合整理羊毛织物有较好的防缩效果,即先以空气等离子体放电功率100 W,气体压强25 Pa,放电时间5 min的条件下处理羊毛织物，再经浓度为3% (o.w.f)的蛋白酶联合对毛织物进行整理,联合处理毛织物的面积毡缩率可达到5.4%,达到国际羊毛局的机可洗标准。而单独酶处理和单独等离子体处理毛织物的面积收缩率分别为11.2%和16.7%。由此可见联合处理可使羊毛织物拥有理想的防毡缩效果，并实现羊毛织物机可洗的要求。

4 结束语

羊毛织物经适当条件低温等离子体处理后，防毡缩效果显著改善；而且若将等离子体处理与其他环保型防毡缩整理助剂联合，如将等离子体处理与壳聚糖或生物酶等助剂联合应用于羊毛产品的防毡缩整理，毛织物的防毡缩性能将得到进一步提升。虽然目前等离子体在羊毛防毡缩的实际生产中还未得到广泛应用，但低温等离子体处理是一种干态、无污染的绿色环保整理方法，符合当今社会环保发展的方向，因此它是一种具有非常好的应用价值的整理新技术，其为实现“生态纺织”奠定了重要的基础，通过我们不懈研究，相信不久的将来等离子体技术必将在羊毛防毡缩整理工艺中得到广泛应用。

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Application of Low Temperature Plasma in Anti-felting Finishing of Wool

PuYaning,WangXueyan

(Xi′an Polytechnic University, Xi′an 710048, China)

The principal of wool anti-felting were introduced. And a detailed description of low temperature plasma in anti-felting finishing of wool was stated. The tend of anti-felting of wool were also expected.

low temperature plasma; wool; anti-felting; finishing

2015-03-21

蒲亚宁(1989—)，女，陕西宝鸡人，硕士研究生。

TS131.8

A

1009-3028(2015)03-0045-04