明胶蛋白类浆料对毛/涤混纺纱上浆及浆纱性能的研究

2015-07-03王雪燕

纺织科学与工程学报 2015年4期

王婧，苏翻，王雪燕

(西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安710048)

0 前言

羊毛以其丰满的手感，优良的吸湿性、弹性、透气性、保暖性、舒适性以及独特的成衣效果而深受人们的喜爱。高支轻薄的毛涤产品具有优良的性能，其产量很高，在织造纱线的过程中，由于纱线比较细而容易出现纱线断头的现象，在织物上出现太多的毛头，另外容易造成染色不均匀，严重影响织物的美观。为了开发出高档轻薄毛织物，必须提高毛涤纱线的强力和耐磨性，减少纱线的毛羽，因此高支毛涤纱织造时需要上浆。目前我国大多使用变性淀粉、PVA以及丙烯酸类三大类浆料作为上浆的原料［1］。当今我国乃至全世界对环保要求的提高，我国多数研究学者采用新的方法研究取代PVA浆料［2］。本文利用一种以明胶作为主要原料，加入丙烯酰胺、丙烯酸丁酯、乙酸乙烯酯单体接枝的一种蛋白浆料对毛涤纱线上浆，目的是开发一类能生物降解的蛋白类浆料，用于毛涤上浆，并提升废弃蛋白原料的再利用价值，并且经洗呢(兼退浆)后，能够提高毛涤织物的染色性能。不仅达到了环保绿色的要求，更能够进一步发挥浆料的作用，提高纱线的上染百分率，且达到增深的效果。

1 实验

1.1 实验材料和仪器

1.1.1 实验材料

毛涤纱线:纤维支数80S，平均细度17.5um～18.5um;毛含量65%，涤含量35% 。

毛涤织物:匹染前的毛涤混纺织物，未经丝光。80S羊毛 65%，1.5D 涤纶 34.5%，3D 导电纤维0.5%，面料经纬同纱均为100S/2。成品经密585根/10cm，成品纬密342根/10cm，成品幅宽1.52米，平方米重300克。该布布面显现灰色的纱线是0.5%的带色导电纤维。

1.1.2 实验仪器

ASS3000型全自动单纱浆纱机(天津隆达机电科技发展)、HD021N单纱强力机(上海宏大纺织机械有限公司)、YGl7lB毛羽测试仪(太仓大明光电仪器高)、HS型温程控染样机(南通宏大实验仪器有限公司)、722型光栅可见分光光度计(天津市普瑞斯仪器有限公司)、Colori7型爱色丽测色配色仪(上海嘉恩科技有限公司)。

1.2 实验过程

上浆→测试浆纱的性能(如强力、毛羽、摩擦牢度、上浆率)→测试退浆性能(退浆效率、织物的白度、润湿时间)→染色→测试织物的染色性能(如上染百分率、K/S值等)。

1.2.1 明胶蛋白类浆料上浆工艺

将明胶蛋白类浆料［3］调配成质量浓度7% ～11%的浆液300ml，在55℃ ～95℃下煮浆30min～150min，将毛涤纱线放到ASS3000型号浆纱机中，以15m/min的速率开始上浆，进行两浸两轧，最后在烘箱中烘干。

1.2.2 毛涤织物洗呢(退浆)工艺

肥皂 (g/L)0－5

Na2CO3(g/L)0－6

温度(℃)20－70

时间(min)20－100

浴比 20∶1

1.2.3 染色工艺

染色处方:

醋酸(mL/L)1－3

LanasolCE 染料(%，owf)3，6

保温温度(℃)75－95

保温时间(min)60

浴比 20∶1

上染工艺曲线:

图1 Lanasol CE染料上染羊毛的升温工艺曲线

1.3 测试指标

1.3.1 浆纱性能测试

(1)浆纱毛羽损失率测试

在浆纱了机时取一小段全幅原纱(约10g重)按退浆方法进行操作，按式1－1计算浆纱毛羽损失率［4］(β)。

式中:B为了机时取样原纱试样煮洗前干重，g;B1为了机时取样原纱试样煮洗后干重，g。

(2)毛羽降低率

采用YG171A型毛羽测试仪，设定纱线通过速度为30m/min，毛羽长度为3mm，长度为1m，测量30次，取平均值。并按1－2计算浆纱毛羽降低率(d):

式中:n0为10cm原纱内单侧长达3mm的毛羽根数;nj为10cm浆纱内单侧长达3mm的毛羽根数。

(3)浆纱增强率、减伸率测试

设置试样夹距为500mm，拉伸速度为500m/min;再将纱线试样固定在南通宏大HD021N电子单纱强力仪，每组测试30次，取其平均值。按式1－3进行计算浆纱增强率(Z)，按1－4进行计算减伸率(ε)。

式中:Pj为浆纱断裂强力，cN;Ps为原纱断裂强力，cN。

式中:Ls为原纱断裂伸长率，%;Lj为浆纱断裂伸长率，%。

(4)浆纱上浆率

将原毛涤纱烘干后冷却称量，测得纱线干重G0，然后对纱线上浆，烘干后冷却称重，测的浆纱干重为G1，最后对纱线退浆，退浆后的纱样放入烘箱烘干，冷却后称其干重G2，按式1－5计算上浆率(T)。

1.3.2 洗呢性能测试

(1)纱线白度的测试

按照GB/T 8425－1987《纺织品白度的一起评定方法》在智能式数字白度仪上进行测试。

(2)退浆效率

将原毛涤纱烘干后冷却称量，测得纱线干重G0，然后以质量百分浓度为10%，在80℃的条件下对纱线上浆，烘干后冷却称重，测的浆纱干重为G1，最后采用 Na2CO3用量为1.5g/L，肥皂用量为2g/L，50℃条件下处理30min，退浆后的纱样放入烘箱烘干，冷却后称其干重G2，按式1－6计算退浆效率(H)。

(3)润湿时间

把织物平放在玻璃板上，以玻璃板垂直10cm的高度，用胶头滴管向织物滴入一滴蒸馏水并开始计时，当水滴全部铺展在织物上时停止计时，此时的时间就是织物的润湿时间。

1.3.3 染色性能测试

(1)上染百分率测定

采用残液法，用722型光栅分光光度计在所对应染料的最大吸收波长(λmax)下，测得染色残液稀释n倍后的吸光度Ai，并测量原液稀释m倍后的吸光度A0;按下式计算上染百分率［5］E。

(2)K/S值的测定

使用Data Colour SF300型思维士电脑测色仪测定，在织物上任取6个点，采用 D65光源测定常规工艺和助剂处理工艺染色样品的表观得色深度K/S值。

(3)耐洗色牢度［6］

按照GB/T3921.3－2008《纺织品色牢度耐洗色牢度实验方法3》测试，然后“GB/T 251－2008评定沾色用灰色样卡”评定沾色牢度等级。

(4)耐摩擦色牢度的测定

采用摩擦牢度试验仪，按照GB/T3920－2008《纺织品色牢度实验耐摩擦色牢度》测试，随后采用GB251－2008《评定变色用灰色样卡》评定干、湿摩擦牢度等级。

2 结果与讨论

2.1 明胶蛋白类浆料上浆工艺的优化

2.1.1 糊化温度对上浆效果的影响

配成质量浓度为10%的浆液，按1.2.1的工艺对毛涤纱线进行上浆，测试结果见表1。

表1 糊化温度对浆纱性能的影响

由表1看出，随着糊化温度的增加，除减伸率有减小的趋势外，增强率、毛羽降低率及上浆率均呈逐渐增大趋势，当糊化温度为95℃时，浆纱的各项测试指标与其他温度下的指标相比达到了较好的效果。因此，确定糊化温度为95℃。

2.1.2 糊化时间对上浆效果的影响

配成质量浓度为10%的浆液，按1.2.1的工艺对毛涤纱线进行上浆，测试结果见表2。

表2 糊化时间对浆纱性能的影响

由表2看出，随着浆料糊化时间的增加，浆纱的增强率和耐磨提高率均逐渐降低，随着糊化时间的增加，有利于提高纱线的上浆率;而减伸率逐渐的增加，毛羽降低率变化不大，当糊化时间为30min时，浆纱的断裂强力和减伸率达到最佳值。因此，确定糊化时间为30min。

2.1.3 浆液浓度对上浆效果的影响

改变浆液浓度，按糊化温度为95℃，糊化时间为30min，对毛涤纱进行上浆。测试结果见表3。

表3 浆液浓度对浆纱性能的影响

由表3看出，在一定条件下，随着浆料浓度的增加，浆纱增强率、上浆率逐渐提高，耐磨提高率、毛羽降低率增大，减伸率逐渐降低。当浆料浓度为10%时，上浆率和耐磨提高率相对较高，增强率、减伸率以及毛羽降低率都达到最佳值，因此确定浆料浓度为10%。

由2.1得出:确定出明胶蛋白类浆料对毛涤纱上浆的最佳工艺条件为:95℃下糊化30min，浆液质量百分浓度为10%。

2.2 上浆毛涤织物洗呢(退浆)工艺优化

工厂首先对纱线进行上浆，然后织造织物，最后对织物进行洗呢(兼退浆)。由于实验室设备有限，本研究纱线上浆用织物上浆代替。对上浆织物进行退浆;优化退浆工艺条件，采用洗呢工艺，通过洗呢除去织物上的浆料。

按2.1优化出的最佳上浆工艺对毛涤织物(65/35)上浆，按1.2.2的工艺处方对毛涤织物进行洗呢(退浆)。

2.2.1 肥皂用量对上浆织物退浆效率和性能的影响

改变皂液中肥皂的用量，对毛涤织物洗呢，其结果见表4。按1.2.3工艺对毛涤织物染色，其上染结果见表5。

表4 肥皂用量对毛涤织物性能和退浆效率的影响

表5 肥皂用量对毛涤织物吸附上染性能的影响

由表4可以看出，随着肥皂用量的增加，退浆效率增大到一定程度开始变得平稳，白度逐渐下降，润湿时间总体呈下降趋势;由表5看出，随着肥皂用量的增加对织物上染百分率、K/S值逐渐减小，并且肥皂用量为1g/L时，其综合性能都非常好。这是因为肥皂的主要成分是高级脂肪酸钠，是一种阴离子表面活性剂可以除去大部分浆料，还可以进一步除去织物表面的污渍。

2.2.2 Na2CO3用量对上浆织物退浆效率和织物性能的影响

固定肥皂用量为1g/L，改变Na2CO3用量对毛涤织物洗呢，结果见表6。按1.2.3工艺对洗呢之后的织物进行染色，结果见表7。

表6 Na2CO3用量对毛涤织物退浆效率及织物性能的影响

表7 Na2CO3用量对毛涤织物吸附上染性能的影响

根据表6可以得出，随着碳酸钠用量增加，织物润湿时间、退浆效率逐渐增大，白度减小。由表7得出，增加碳酸钠的量，织物上染百分率和K/S值逐渐增加;适当加入碱，含环氧乙烷活性基的浆料与羊毛纤维反应，牢固地固着在织物上，织物上正电荷增加，与阴离子染料之间的作用力提高，改善染色性能。因此Na2CO3用量为4g/L可以既保护织物性能又可以改善染色性能。

2.2.3 洗呢温度对上浆织物退浆效率和织物性能的影响

按2.1优化出的最佳上浆工艺对毛涤织物上浆，然后按1.2.3的工艺处方对毛涤织物洗呢，改变温度，其中皂液为1g/L碳酸钠的用量为4g/L，然后按照1.2.3对织物进行染色，结果见表8和9。

表8 温度对毛涤织物退浆效率和织物性能的影响

表9 温度对毛涤织物吸附上染性能的影响

由表8可以看出，随着温度升高，织物的白度降低，润湿时间整体来看是下降的，退浆效率增大。由表9得出，上染百分率和 K/S值不断提高。因为温度升高，纤维之间的孔隙变大，使残留的明胶蛋白浆料更容易进入纤维内部，并与纤维结合，增大了羊毛纤维与染料的作用力。当温度高于40℃时，与纤维结合的浆料从纤维上脱落下来的减少，导致上染百分率、K/S值下降。综上所述，确定处理温度为40℃。

2.2.4 洗呢时间对退浆效率和织物性能的影响

按2.1优化出的最佳上浆工艺对毛涤织物上浆，然后按1.2.3的工艺处方对毛涤织物进行洗呢，改变时间，其中肥皂为1g/L、碳酸钠的用量为4g/L，温度为40℃，结果见表10和11。

表10 时间对毛涤织物退浆效率和织物性能的影响

由表10得，随着洗呢时间的增加，织物的白度降低，润湿时间减小，退浆效率变化不大，原因是随着时间的增大，包裹在纤维表面没有形成交联的浆料慢慢的脱落下来。由表11可以得出，当洗呢时间为40min时，其上染百分率和K/S值最大。上浆织物，不洗呢直接染色时，浆料在酸性条件下与染料发生反应，使染料沉淀，不能达到上染的目的，因此必须对上浆织物退浆。

表11 时间对毛涤织物吸附上染性能的影响

由2.2得出，最佳的洗呢(退浆)工艺为:肥皂用量1g/L，碳酸钠用量4g/L，温度为40℃，处理40min。

2.3 洗呢织物染色工艺条件的优化

2.3.1 醋酸用量对上染效果的影响

按2.1和2.2优化的最佳上浆和洗呢工艺条件对毛涤织物进行上浆然后洗呢(退浆)，再按1.2.3工艺对以上处理后毛涤织物进行染色，改变酸的用量，结果见表12。

表12 醋酸用量对毛涤织物吸附上染性能的影响

通过表12可以看出，纤维的上染百分率和K/S值均不断提高，但醋酸用量为1.5ml/L时，K/S值有所降低。醋酸用量为1.0ml/L时，明胶蛋白类浆料的蛋白质基团和羊毛纤维都可以和酸发生反应，带上更多的正电荷，增加了染料与纤维之间的吸引力，染料更容易上染纤维，因此上染百分率、K/S值增大，确定醋酸用量为1.0ml/L。

2.3.2 保温温度对上染效果的影响

按2.1和2.2优化的最佳上浆和洗呢工艺条件对毛涤织物进行上浆然后洗呢(退浆)，再按1.2.3工艺对以上处理的毛涤织物进行染色，醋酸的量为1.0ml/L。只改变染色保温温度，测定毛涤织物的上染百分率和 K/S值，结果见表13。

表13 保温温度对毛涤织物吸附上染性能的影响

由表13可以看出，随着温度的升高，上染百分率平稳上升，升温到90℃之后，上染百分率逐渐增大，但是K/S值都变化不大。因为在染料上染之前，明胶类蛋白浆料先吸附到羊毛上，使羊毛纤维表面发生了一定的改性。因此，在一定温度下，羊毛纤维可以与染料结合，获得优良的上染百分率和K/S值。但到了90℃之后，改性羊毛上蛋白类浆料开始脱落，羊毛的鳞片层开始逐渐张开，在这种温度下相当于对羊毛的传统染色，没有达到预期的改性效果而且对纤维的损伤开始增大。综合考虑来看，确定保温温度90℃。

由2.3得出，确定最佳染色工艺为:醋酸用量为1.0 ml/L，染色温度 90℃。

2.4 洗呢毛涤织物lanasol染料染色性能评价

2.4.1 不同种类lanasol染料对洗呢毛涤织物上染效果的影响

按2.1和2.2优化的最佳上浆洗呢工艺条件的毛涤织物进行处理后，按2.3优化的最佳上染工艺条件，根据1.2.3工艺对织物染色。未上浆织物固定染色温度98℃，上浆洗呢织物固定染色温度90℃，改变染料种类及lanasol黑CE用量，测试结果见图2。

图2 不同染料对不同织物上染百分率的影响

由图2可以看出，在用Lanasol CE黑染料染色时，上染百分率明显提高［7］。Lanasol CE红、Lanasol CE黄染料对未上浆织物和退浆织物染色时，上染百分率上差别较小，主要是不同种类Lanasol CE染料在结构组成上存在较大的差别，Lanasol CE红、黄染料本来对纤维就有着较强的亲和力。增大染料的用量，无论是退浆织物还是未上浆织物，其上染百分率均下降，因为明胶蛋白类浆料与纤维形成的交联键是有一定数量的。

2.4.2 不同种类lanasol染料染色的上浆后洗呢毛涤织物的色牢度变化

将毛涤织物按照2.1和2.2优化出来的条件，根据1.2.2工艺对织物洗呢(退浆)，利用3.3优化出的条件，按1.2.3工艺用2.3优化的条件染色，并分别测定织物的耐水洗牢度和耐摩擦牢度，结果见表15。

由表15可以看出，与未上浆的毛涤织物相比，上浆以后退浆的织物耐洗色牢度及耐摩擦色牢度明显提高，但与传统工艺染色的织物相比，耐洗色牢度及耐摩擦色牢度有所降低。