酸雨对棉织物的性能影响1

杨 陈

（江西服装学院，江西 南昌 330201）

酸雨对棉织物的性能影响1

杨 陈

（江西服装学院，江西 南昌 330201）

探讨了棉织物在模拟酸雨环境中的性能变化。研究表明，棉织物的质量损失率与吸湿回潮率随着pH值的增加而减小，随着淋雨时间的增加而增加，而pH值对棉织物的抗霉变性能影响不大，但随着淋雨时间的增加，抗霉变性能降低。棉织物的力学性能随着pH值的增加而升高，随着淋雨时间的增加而降低，且硝酸酸雨对棉织物的损伤高于硫酸酸雨。

棉织物；酸雨；质量损失率；吸湿回潮率；抗霉变性能；分子结构；力学性能

棉纤维历来作为高档纺织服装的原材料，以其良好的力学性能、优异的舒适性和齐全的染色色谱而深受广大消费者的喜爱[1-3]。近年来，随着我国工业的长足进步，环境污染也日益严重，大量的煤炭及石油矿物及其衍生物的使用，释放了大量的含硫、含氮的氧化物，在空气中凝结成雨，当pH小于5.6的时，这种雨被成为酸雨。酸雨不仅能使土壤酸化，给环境造成极大的危害[4-6]。同时，当人们的服饰在被酸雨淋后，不仅使得服饰更加容易走形，使用寿命也大打折扣，本文通过测试棉纤维在不同酸雨环境中的服用性能，为开发耐酸雨服饰的棉纤维提供一定的参考依据。

1 实验

1.1 材料

棉织物（实验所选棉织物中的棉纤维主体长度为32 mm，纤维的平均细度为1.36 dtex，锯齿棉，马克隆值为A级，织物的组织结构为平纹，经纱密度为420根/10 cm，纬纱密度为360根/10 cm，经纬纱线的粗细均为30英支，购买自河南省周口市）、黑曲霉（上海一研生物科技有限公司）、丙醇（邹平铭兴化工有限公司）、硫酸（质量分数为98%，山东振兴化工有限公司）、硝酸（淄博新川化工有限公司），以上实验所用化学试剂均为AR级。

1.2 仪器

酸雨试验箱（根据无锡焱昇工贸有限公司苏能试验设备厂产的摆杆淋雨装置改装而成），AR1140美国奥豪斯Adventurer万分之一电子天平（美国奥豪斯仪器(上海)有限公司），DHG-9023AD高温烘箱（北京恒泰丰科试验设备有限公司），LP/DHS-500恒温恒湿试验箱（上海林频仪器股份有限公司），INSTRON5590万能材料试验机（美国英斯特朗公司），布鲁克D2 PHASER X射线衍射仪（德国布鲁克AXS公司）。

1.3 实验方法

1.3.1棉织物酸雨侵蚀处理

使用蒸馏水对丙醇按照浴比1∶15的比例浸泡后的退浆棉织物进行清洗，将清洗后的棉织物放置在温度为105±1℃的DHG-9023AD高温烘箱中干燥至恒重。剪刀将干燥后的棉织物剪成200 mm×200 mm的正方形，并用AR1140美国奥豪斯Adventurer万分之一电子天平称其质量，记作M0。配置pH值分别为4.5、5.0、5.5的硫酸与硝酸溶液，放置到酸雨试验箱中，为了保证棉织物与酸雨的充分接触，并保证淋雨面积的全覆盖，在实验过程中将棉织物水平放置后，按照水平中心线进行旋转，而酸雨实验中的酸雨则以垂直于水平方向喷洒（雨量模拟14 mm/12 h的中雨环境）。分别在硫酸与硝酸的酸雨环境中淋雨实验3 h、6 h、9 h后取出，并再次使用蒸馏水洗净后，放置在105±1℃的DHG-9023AD高温烘箱中干燥至恒重，并再次使用AR1140美国奥豪斯Adventurer万分之一电子天平对其进行质量称重，并记作Ma。

1.3.2质量损失率与吸湿回潮率测试

利用公式（1）酸雨实验前后，棉织物的质量损失率。将实验前后经DHG-9023AD高温烘箱105±1℃的棉织物分别放置在温度为20±1℃，相对湿度为65%±3%的LP/DHS-500恒温恒湿试验箱中调湿24 h后，使用AR1140美国奥豪斯Adventurer万分之一电子天平对调湿后的棉织物的进行称重，分别记作Mb、Mc，利用公式（2）、（3）对酸雨实验前后棉织物的吸湿回潮率进行测试，以上质量损失率与吸湿回潮率测试均实验5次，取5次测试值的平均值。

式中：W为酸雨实验后棉织物的质量损失率，%；Z为酸雨实验前棉织物的吸湿回潮率，%；Y为酸雨实验后棉织物的吸湿回潮率，%；M0为酸雨实验前棉织物的质量，g；Ma为酸雨实验后棉织物的质量，g；Mb为酸雨实验前干燥棉织物调湿24 h后的质量，g；Mc为酸雨实验后干燥棉织物调湿24 h后的质量，g。

1.3.3抗霉菌性能测试

本文采用温室挂片法测试不同性质酸雨实验前后棉织物的抗霉菌性能[7]。用剪刀将酸雨处理前后棉织物剪成长度为200 mm，宽度为20 mm长方形布条，将布条均匀涂抹上浆料，在上面接种黑曲霉菌苗后，将布条悬挂在温度为30±1℃，相对湿度为96%±1%的LP/DHS-500恒温恒湿试验箱中，霉变28 d，每隔2 d观察下棉织物霉变的情况，根据布条上黑曲霉菌丝繁殖面积来判断棉织物酸雨处理前后抗霉变的性能，并以下列标准对抗霉变性能进行评级：棉织物表面看不到黑曲霉菌丝的生长与繁殖，将抗霉变性能评定为A级，菌种生长繁殖不超过布样的1/3定义为B级，超过1/3不超过2/3定义为C级，超过2/3定义为D级。

1.3.4 X-衍射性能测试

将未经酸雨处理的棉织物与经pH值为4.5的硫酸酸雨处理9 h的棉织物与经pH值为4.5的硝酸酸雨处理9 h的干燥后的棉织物剪碎后，使用布鲁克D2 PHASER X-射线衍射仪进行X-衍射测试。布鲁克D2 PHASER X-射线衍射仪测试参数：管压为50 kV，电流为60 mA，Cu靶，入射波为Cu靶，测试的角度范围为5°至45°，角度的测试速率为1°/min。测试完成后利用分峰后对曲线进行分峰处理后计算棉纤维的结晶度与晶粒尺寸[8-9]。

1.3.5力学性能测试

将不同性质酸雨处理后的棉织物在105±1℃的DHG-9023AD高温烘箱中干燥至恒重后，放置在温度为20±1℃、相对湿度为65%±3%的LP/DHS-500恒温恒湿试验箱中调湿24 h。将调湿后的棉织物剪成长度为250 mm、宽度为50 mm的长方形布条，利用INSTRON5590万能材料试验机对棉织物进行经向断裂强力与断裂伸长率测试。INSTRON5590万能材料试验机测试参数：织物的夹持长度为为200 mm，拉伸速度为20 mm/min，CRE拉伸，每组棉织物测试30片，取30组测试的平均值。

2 结果与讨论

2.1 质量损失率与吸湿回潮率测试

不同性质酸雨处理前后棉织物的质量损失率与吸湿回潮率测试结果如表1所示，从表1可以看出，棉织物经过酸雨（包括硫酸酸雨与硝酸酸雨）的淋雨模拟实验后，棉织物的质量损失率与吸湿回潮率随着淋雨时间的增加而上升，可以推测棉织物质量损失率与吸湿回潮率的增加是由于在酸的作用下棉织物出现了一定程度的氧化和分解，导致棉织物中棉纤维结晶度的下降，无定形区的增加而引起的，这将在下文中的X-衍射测试中得到验证。同时，从表中测试数据可知，酸雨的pH值越小，质量损失率与吸湿回潮率增加的越多，对棉织物的损伤越大，另一方面，在同等pH值与酸雨实验时间条件下，硫酸酸雨淋雨处理后的棉织物的质量损失率低于硝酸酸雨，由此可知，硝酸酸雨对棉织物的影响大于硫酸酸雨。

表1 不同性质酸雨处理前后棉织物的质量损失率与吸湿回潮率测试结果

2.2 抗霉菌性能测试

不同性质酸雨处理前后棉纤维棉织物的抗霉菌性能测试结果如表2所示，从测试结果可以看出，pH值对棉织物的抗霉变性能影响不大，但随着淋雨时间的增加，抗霉变性能降低，这是由于酸雨实验使得棉织物中的棉纤维结晶度下降，无定形区上升，且纤维表面由于酸侵蚀产生的坑穴更容易使得菌丝的生长繁殖，由此可知，长期在有酸雨地区人们的棉织物应经常凉洗和防霉菌处理。

表2 不同性质酸雨处理前后棉织物的抗霉菌性能测试结果

2.3 X-衍射性能测试

pH为4.5的酸雨处理9 h后棉织物中的棉纤维的X-衍射曲线如图1所示，从图1可知，棉织物中的棉纤维101、10ī与002特征峰位置所对应的2θ 均在14.8°、16.5°、22.8°附近，说明经过酸雨处理后的棉织物的晶型结构仍为纤维素Ⅰ的晶型结构。经过分峰计算，pH值为4.5的硫酸酸雨处理9 h与pH值为4.5的硝酸酸雨处理9 h的棉织物中的棉纤维的结晶度与晶粒尺寸分别为36.8%、31.5%与6.34 nm、5.54 nm，远低于棉纤维未经任何处理时72.8%的结晶度与8.37 nm的晶粒尺寸（该结果与张丽、何建新等人测试的棉纤维未经任何处理时结晶度为75%，晶粒尺寸为8.51 nm大致相同，验证了分峰计算结晶度与晶粒尺寸的正确性[10]），该计算结果也证实了前文所述的酸雨处理使得棉织物中的棉纤维结晶度下降，无定形区增加的论断。

图1 pH为4.5的酸雨处理9 h后棉织物中棉纤维的X-衍射曲线

2.4 力学性能测试

不同性质酸雨处理前后棉织物的力学性能测试结果如表3所示。

表3 不同性质酸雨处理前后棉织物的力学性能测试结果

从表3可以看出，棉织物的经向断裂强力在相同的实验时间与相同的酸雨种类条件下随着pH值的增加而增加，而断裂伸长率则随着pH值的增加而减小。在相同的pH值与酸雨种类条件下，断裂强力随着实验时间的增加而减小，而断裂伸长率随着实验的时间增加而增加。经硫酸酸雨实验后的棉织物相比硝酸酸雨，在相同条件下断裂强力高于经硝酸酸雨处理的棉织物，而断裂伸长率则低于经硝酸酸雨处理的棉织物，从这个角度也说明硝酸酸雨对棉织物的损伤高于硫酸酸雨。

3 结论

通过模拟硫酸酸雨与硝酸酸雨对棉织物进行淋雨实验，并对实验后的棉织物的性能进行检测，表明棉织物的质量损失率与吸湿回潮率随着pH值的增加而减小，随着淋雨时间的增加而增加，而pH值对棉织物的抗霉变性能影响不大，但随着淋雨时间的增加，抗霉变性能降低。棉织物的力学性能随着pH值的增加而升高，随着淋雨时间的增加而降低，且硝酸酸雨对棉织物的损伤高于硫酸酸雨。

[1] 王薇, 张勤, 张虎. 有机硅树脂在纯棉织物低温免烫整理中的应用[J]. 染整技术, 2012, 34(1): 35-37.

[2] 张弦, 王廷荣. 纯棉机织物寿命预测[J]. 纺织学报, 2013, 34(3): 40-43.

[3] 李涛, 张涛, 张开瑞, 等. 紫外线辐照对棉纤维结构与性能的影响[J]. 纺织学报, 2014, 35(3): 52-56.

[4] 王苗, 王凯, 刘敏. 2014年湖北省酸雨若干特征及其与霾关系分析[J]. 环境科学与技术, 2016, 29(4): 149-153.

[5] 汤洁, 徐晓斌, 巴金, 等. 1992-2006年中国降水酸度的变化趋势[J]. 科学通报, 2010, 55(8): 705-712.

[6] 张新民, 柴发合, 王淑兰, 等. 中国酸雨研究现状[J]. 环境科学研究, 2010, 23(5): 527-532.

[7] 武海良, 沈艳琴. 防霉剂防霉力测试方法及常用防霉剂性能[J]. 甘肃轻纺科技, 1996(1): 15-17.

[8] Ahtee M, Hattula T, Mangs J, et al. An X-ray diffraction method for determination of crystallinity of wood pulp[J]. Paperi Ja Puu, 1983, 8(65): 475-480.

[9] Bohn A, Fink H P, Ganster J, et al. X-ray texture investigations of bacterial cellulose [J]. Macromol Chem Phys, 2000, 201(15): 1913-1921.

[10] 张丽, 蔡玉兰, 王善元, 等. 微波处理对棉纤维结晶结构的影响[J]. 纤维素科学与技术, 2009, 17(1): 52-56.

Influences on Properties of Cotton Fabrics Treated by Acid Rain

YANG Chen

（Jiangxi Institute of Fashion Technology, Nanchang 330201, China）

Influences on properties of cotton fabrics treated in simulation environment of acid rain were studied by testing mass loss rate, hygroscopic moisture regain, mildew resistance, molecular structure and mechanical properties. Research showed that mass loss rate and hygroscopic moisture regain was both decreased with pH value rising and increased with the time of exposed to the rain adding. Meanwhile mildew resistance properties were decreased with the time exposed to the rain adding and with little relationship with pH values. What’s more, mechanical properties of cotton fabrics were both increased with pH value rising and decreased with the time of exposed to the rain adding. It was believed that damage of cotton fabrics treated by nitric acid rain was more serious than treated by sulfuric acid.

cotton fabrics; acid rain; mass loss rate; hygroscopic moisture regain; mildew resistance property; molecular structure; mechanical property

TS195.55

A

1004-8405(2016)04-0046-05

10.16561/j.cnki.xws.2016.04.08

2016-02-16

江西省教育厅科技计划项目（GJJ151230）；江西省文化艺术科学重点研究基地中华服饰文化研究中心资助。

杨 陈（1980～），男，重庆永川人，硕士，讲师；研究方向：功能性纺织材料的开发。yangchen_q@126.com