周慧玲，朱俐莎，吳雄英，丁雪梅

(1.東華大學 服裝與藝術設計學院，上海 200051；2.東華大學 現代服裝設計與技術教育部重點實驗室，上海 200051；3.上海海關，上海 200135)

羊毛纖維表面具有特殊的鱗片結構，在外力的作用下易發(fā)生定向摩擦效應，因此羊毛織物易因摩擦作用發(fā)生起毛起球現象，影響了織物的外觀和服用性[1]。目前在羊毛織物抗起毛起球及表面整理方面的研究，其出發(fā)點均是如何減小羊毛纖維鱗片引起的定向摩擦作用，處理方式主要有：一是將羊毛纖維表面鱗片和類脂物質去除的減法整理[2-4]；二是在羊毛纖維和織物表面覆蓋一層隔離層或交聯層的加法整理[5-6]；三是取長補短的加減法結合整理[7-9]，但這些方法依然有利有弊。面對環(huán)保、高效和經濟等各方面的社會需求，依然需要研發(fā)更加安全高效的羊毛織物整理工藝。

電霧化技術可產生高質量、單分散、直徑在微/納米尺度的液滴[10]?；谝陨蟽?yōu)點，電霧化技術一直以來都受到科研人員的關注，現已在空氣凈化[11-12]、抑菌除菌[13-15]、燃料霧化[16]、農業(yè)噴霧[17]、醫(yī)藥制備[18]、納米材料[19]和薄膜制備[20-21]等方面廣泛使用。在各領域應用過程中發(fā)現，電霧化技術不僅能顯著提升工作效率，還可以減少材料的用量，對環(huán)境和資源起到了良好的保護作用。近年來，電霧化技術在紡織領域也開展了一些基礎研究，并利用電霧化技術實現了增強或賦予織物功能性的效果，如織物的超疏水性[22]、拒油性[23]以及抗菌性[24]等，同時能顯著地減少整理劑的使用量和自然排放量。本文利用電霧化技術對羊毛織物進行整理，選用羊毛織物表面整理中常見的環(huán)保型整理劑，旨在探究整理劑類型、溶液濃度和電霧化處理時間對羊毛織物抗起毛起球性能的影響，同時為新型織物的功能型整理工藝提供參考。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

100%精紡羊毛針織物，浙江新澳紡織股份有限公司，羊毛紗線線密度為33 tex，針號為12針，緯平針，本白色，未經過染整處理。

過氧化氫，5%，廣州格林沃爾生物醫(yī)藥技術有限公司；殼聚糖，生化試劑BR，國藥集團化學試劑有限公司；稀醋酸，5%，廣州臻萃質檢技術服務有限公司。

1.2 實驗裝置

電霧化實驗裝置由課題組自行搭建，裝置示意圖如圖1所示。具體包括：高壓電源裝置，電壓量程為0～10 kV；推進供液系統，由注射器和推進泵組成；靜電發(fā)生系統，由金屬毛細針尖和金屬圓板組成。高壓電源的正負極分別與金屬圓板和金屬毛細針尖相連接，金屬圓板中間十字鏤空，推進泵推動注射器，整理劑從與注射器相連的金屬毛細針尖處流出，通電后毛細針尖和金屬圓板之間形成電場，在電場力、重力、表面張力以及空氣阻力等多種力的作用下，毛細針尖處的液體會破碎成微小的液滴，并通過金屬圓板中心鏤空處沉積在織物表面。

圖1 電霧化實驗裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of electro-spraying experimental device

1.3 實驗方法

溶液配制：稀釋5%過氧化氫溶液配制成質量分數為1%和3%的溶液，利用量筒量取1%、3%、5%過氧化氫溶液各50 mL分別放入棕色塑料瓶中待用；利用電子天平分別稱取0.1、0.4、0.7、1.0 g殼聚糖放入圓底燒瓶中，再分別加入99.9、99.6、99.3、99.0 g的1.0%稀醋酸，配制成質量分數分別為0.1%、0.4%、0.7%、1.0%的殼聚糖溶液，攪拌溶解至澄清溶液待用。

電霧化處理：每次實驗使用注射器吸取4 mL整理劑，放置于推進泵中固定，設定殼聚糖溶液的施加電壓為7.5 kV，液體流速為4 μL/min，過氧化氫溶液的施加電壓為6.5 kV，液體流速為4 μL/min，金屬毛細針尖至圓片距離為0.5 cm，接收距離為5 cm，處理時間分別為10、60和240 min。經預實驗觀察，電霧化產生的微粒作用面積約為直徑12 cm的圓形區(qū)域，且逐漸遠離中心處接收的液滴量越少，因此裁剪樣品大小為4 cm×4 cm，每次處理3塊試樣，為保證樣品整理的均勻性，每過1/3處理時間將試樣調換一次中心位置(即毛細針尖正下方)，電霧化殼聚糖溶液整理后試樣放置在110 ℃恒溫烘箱中烘干5 min，以便殼聚糖溶劑更好地在織物上固定，電霧化過氧化氫溶液整理后，試樣放置室溫下至少16 h，自然干燥并充分發(fā)揮其氧化性。

1.4 性能測試與表征

1.4.1 抗起毛起球性能

參考GB/T 4802.2—2008《紡織品 織物起毛起球性能的測定 第2部分：改型馬丁代爾法》，采用YG502型圓軌跡起球儀測試羊毛織物的抗起毛起球性能。評級所用燈箱為標準光源箱，對比起毛起球等級樣卡，由3人進行主觀評價，取平均值，結果數值越高，表明織物抗起毛起球性能越好。

1.4.2 表面形貌觀察

采用Phenom掃描電子顯微鏡觀察電霧化技術處理后的羊毛織物和纖維表面形貌，從而確定經過電霧化過氧化氫和殼聚糖溶液整理后對羊毛纖維表面鱗片的影響作用，并觀察殼聚糖在羊毛表面的附著情況。

2 結果與討論

2.1 電霧化處理殼聚糖溶液整理織物

圖2示出殼聚糖質量分數和處理時間對羊毛織物抗起毛起球性能的影響。可以看出：殼聚糖溶液經電霧化處理在羊毛織物上后，隨著殼聚糖質量分數的增加，抗起毛起球性能提升效果越好；同時，隨著整理時間增長，抗起毛起球性能大體也逐漸提升，抗起毛起球等級較整理前最高可提升1級以上。

圖2 殼聚糖質量分數和處理時間對羊毛織物抗起毛起球性能的影響Fig.2 Effect of chitosan mass fraction and treated time on anti-pilling performance of wool fabric

圖3示出未處理樣和電霧化殼聚糖溶液處理樣的羊毛織物起毛起球情況對比。但對于較高濃度殼聚糖溶液(質量分數為1.0%)，電霧化處理時間為60 min 和240 min對羊毛織物的抗起毛起球性能改善效果區(qū)別不大。

圖3 未處理和殼聚糖整理樣品的起毛起球照片Fig.3 Pilling of untreated sample and chitosan finished samples.(a)Untreated;(b)1.0% chitosan treated 10 min;(c)1.0% chitosan treated 60 min;(d)1.0% chitosan treated 240 min

圖4示出不同質量分數殼聚糖溶液整理后的纖維表面形貌。低質量分數殼聚糖溶液經電霧化處理后產生的微粒中溶質含量少，因此在織物上不能很好地包裹羊毛纖維(見圖4(b))，質量分數高的殼聚糖溶液溶質含量高，具有較高的黏度，因此在相同的施加電壓和液體流速下，電霧化產生的微粒粒徑大，能包裹更多的羊毛纖維(見圖4(c))。

圖4 不同質量分數殼聚糖溶液整理后的纖維表面形貌(×1 000)Fig.4 Surface morphology of fibers after different chitosan concentration treatment(×1 000).(a)Untreated;(b)0.1% chitosan treated 240 min;(c)1.0% chitosan treated 240 min

圖5示出殼聚糖溶液整理前后的羊毛織物表面形貌。較短時間內電霧化處理產生的殼聚糖微粒較少，織物上微粒附著量少(見圖5(b))；隨著電霧化處理時間增長，織物上接收到的殼聚糖微粒越來越多，對羊毛纖維的包裹也增多(見圖5(c))，但電霧化產生的微粒主要附著在織物的表面，當殼聚糖質量分數過大，附著量過多后，可能會增加織物表面的摩擦因數，使得較長處理時間的抗起毛起球性能提升效果與短時間處理效果相比區(qū)別并不顯著。另外，質量分數高，處理時間長易降低織物柔軟感。

圖5 殼聚糖溶液整理前后的羊毛織物表面形貌(×200)Fig.5 Surface morphology of wool fabric before and after chitosan solution treated(×200).(a)Untreated;(b)1.0% chitosan treated 10 min;(c)1.0% chitosan treated 240 min

2.2 電霧化處理過氧化氫溶液整理織物

過氧化氫溶液具有強氧化性，可對羊毛纖維表面鱗片進行腐蝕破壞，但過氧化氫質量分數過高，整理過度會破壞織物本身的優(yōu)異性能，而電霧化技術處理可以極大地減少整理劑使用量。圖6示出過氧化氫溶液質量分數和處理時間對羊毛織物抗起毛起球性能的影響。圖7 示出未處理樣和過氧化氫處理樣的起毛起球情況。

圖6 過氧化氫溶液質量分數和處理時間對羊毛織物抗起毛起球性能的影響Fig.6 Effect of hydrogen peroxide concentration and treated time on anti-pilling performance of wool fabric

圖7 未處理樣和過氧化氫處理樣的起毛起球照片Fig.7 Pilling of untreated sample and hydrogen peroxide finished samples.(a)Untreated;(b)3% H2O2 treated 60 min;(c)5% H2O2 treated 240 min

從圖6、7可以看出，電霧化較低質量分數(1%，3%)的過氧化氫溶液對羊毛織物進行整理后，羊毛織物的抗起毛起球性能都有一定的提升，其中電霧化3%過氧化氫溶液整理織物60 min效果最顯著，抗起毛起球等級提升了0.5級以上，但較長時間(240 min)的電霧化處理后，羊毛織物的抗起毛起球性能反而下降。另外電霧化5%過氧化氫溶液整理織物60 min后，織物抗起毛起球性能提升效果低于10 min處理樣品；電霧化處理240 min后，羊毛織物的抗起毛起球性能比原樣差，且織物變薄變柔軟，羊毛織物有較明顯的發(fā)黃現象。原因可能是過氧化氫溶液對羊毛纖維表面鱗片的氧化作用隨整理時間和溶液濃度的增加而增強，在適當氧化條件下，羊毛纖維表面鱗片變鈍、變薄(見圖8(b))，纖維的定向摩擦作用逐漸減弱，而長時間的電霧化處理(240 min)對羊毛纖維氧化破壞嚴重(見圖8(c))，造成纖維表面粗糙度增加，摩擦因數變大。

圖8 過氧化氫溶液整理前后的羊毛纖維表面形貌Fig.8 Surface morphology of wool fibers before and after hydrogen peroxide solution treated (×3 000).(a)Untreated;(b)5% H2O2 treated 10 min;(c)5% H2O2 treated 240 min

2.3 2種溶液協同電霧化整理織物

利用電霧化3%過氧化氫溶液和0.4%殼聚糖溶液協同對織物進行整理，處理時間分別為10、60和240 min，抗起毛起球性能對比結果見圖9、10。結果顯示，不同的電霧化處理時間下，過氧化氫溶液與殼聚糖溶液協同整理后的試樣抗起毛起球性能都優(yōu)于0.4%殼聚糖溶液單獨電霧化整理樣品。

圖9 不同方式處理后羊毛織物抗起毛起球評級結果Fig.9 Anti-pilling rating results of wool fabricafter different waystreated

圖10 不同方式處理下羊毛織物的起毛起球情況Fig.10 Pilling of wool fabric with different treat ways.(a)3% H2O2 treated 60 min;(b)0.4% chitosan treated 240 min;(c)Synergistic finished 240 min

圖11示出 3%過氧化氫和0.4%殼聚糖溶液協同整理240 min后的羊毛纖維表面形貌?？梢钥闯?，協同處理后殼聚糖微粒能更好地包裹住羊毛纖維，并且通過圖11(b)可以看到，電霧化過程中產生的次級粒子[25]可以附著在羊毛纖維上，原因可能是協同處理過程中過氧化氫溶液氧化了羊毛纖維表面的類脂物質，使得殼聚糖的附著率提高[26]。而電霧化單獨處理殼聚糖溶液整理后，由于類脂物質的存在，殼聚糖微粒有從羊毛纖維上脫落的現象(見圖4(c))。但在10和60 min的較短時間處理下，電霧化協同整理后羊毛織物的抗起毛起球性能提升效果次于3%過氧化氫溶液單獨電霧化整理試樣，在240 min的較長時間處理條件下，電霧化協同整理的試樣抗起毛起球性能優(yōu)于3%過氧化氫溶液單獨電霧化整理試樣，說明短時間內電霧化過氧化氫溶液對羊毛纖維表面進行氧化的減法整理效果對羊毛織物的抗起毛起球性能提升更高效，而長時間處理后，電霧化過氧化氫溶液和殼聚糖溶液協同整理可獲得更好的抗起毛起球效果。

圖11 3%過氧化氫和0.4%殼聚糖溶液協同整理240 min后的羊毛纖維表面形貌Fig.11 Surface morphology of wool fibers after synergistic finished 240 min with 3% hydrogen peroxide and 0.4% chitosan solution.(a)Chitosan coated fibers(×3 100);(b)Adhesion of secondary particles(×2 100)

3 結 論

電霧化技術整理羊毛織物后，織物抗起毛起球性能的提升和整理劑類型、溶液濃度和電霧化處理時間相關。殼聚糖溶液單獨電霧化整理羊毛織物，織物的抗起毛起球性能隨著溶液濃度的增加而提升，等級可提升1級以上。過氧化氫溶液單獨電霧化整理羊毛織物后，織物的抗起毛起球性能提升可達到0.5級以上，但需要控制過氧化氫溶液的質量分數和電霧化處理時間，避免嚴重氧化羊毛纖維。

對于較短時間(60 min)的電霧化處理，過氧化氫溶液的氧化減法整理對羊毛織物抗起毛起球性能的提升效果優(yōu)于殼聚糖溶液單獨電霧化整理和過氧化氫溶液與殼聚糖溶液協同電霧化整理效果，但較長時間(240 min)的電霧化處理，過氧化氫和殼聚糖溶液協同電霧化整理后織物的抗起毛起球性能提升效果最好。