孫學瑜 陳韶娟 杜吉浩 苗大剛

（1.青島大學，山東青島，266000；2.青島即發(fā)集團股份有限公司，山東青島，266000）

羊毛是人類利用開發(fā)較早的蛋白質纖維，其質輕、保暖、吸濕透氣、光澤柔和，深受消費者的青睞，歷來被用于高檔服裝面料［1-3］。羊毛纖維外層為鱗片層，每個鱗片細胞主要由3 層組成，即外表皮層、外角質層和內角質層［4］。最外的外表皮層富含以C21為主的類脂物質，與其相鄰的外角質層則富含胱氨酸［5-6］。

目前，羊毛防氈縮整理中，氯化/樹脂法已相當成熟，可以達到很好的防氈縮效果，但此工藝會產生大量的可吸附有機鹵化物，嚴重污染環(huán)境，這就要求開發(fā)綠色織物后整理工藝［7-9］。用低溫等離子體改善羊毛織物性能，綠色環(huán)保，成為國內外研究的重點［10-18］。低溫等離子體處理是一種干態(tài)、環(huán)保的技術，是紡織工業(yè)傳統(tǒng)濕法化學處理的有效替代方法［19-20］。本研究通過常壓等離子體與雙氧水預處理，研究其對羊毛織物染色與氈縮性能的影響［21-22］。

1 試驗部分

1.1 材料與試劑

羊毛機織物（山東岱銀紡織集團有限公司），質量分數(shù)30%H2O2（萊陽市康德化工有限公司），NaCl（國藥集團化學試劑有限公司），Na2CO3（國藥集團化學試劑有限公司），克勞素黑D（河南德宜瑞新材料有限公司），冰醋酸（國藥集團化學試劑有限公司），甲酸（國藥集團化學試劑有限公司），硫銨（國藥集團化學試劑有限公司）。

1.2 儀器

AS-12/24 型常溫振蕩式小樣機（佛山市精柯紡織印染設備有限公司），HH-8 型數(shù)顯恒溫水浴鍋（常州丹瑞實驗儀器設備有限公司），F(xiàn)R42020 N 型電子天平（奧豪斯儀器有限公司），U-3900/U-3900H 型紫外分光光度計（上海菁華科技儀器有限公司），Datacolor 850 型測色儀（美國Datacolor公司）；Phenom Pro 型電子掃描顯微鏡（荷蘭Phenome 公司）；Plasma Pre-treatment System Model AS400（德國Plasma 公司）；Instron 3300 型電子萬能材料試驗機（美國Instron 公司）。

1.3 試驗方法

洗毛：使用質量分數(shù)0.6%的Na2CO3在50 ℃的水浴鍋中清洗羊毛織物，洗滌時間2 h。

等離子體預處理：采用常壓等離子體儀器，將等離子體占空比設置成40%，電壓調至260 V，電離氣體流速調至2 000 L/h，對羊毛織物進行等離子體處理。

氧化處理：采用H2O2，改變其質量分數(shù)（0～1%），對羊毛織物進行氧化處理。

染色配方：克勞素黑D 4.0%（omf），冰醋酸4.0%（omf），甲 酸1.0%（omf），硫 銨4.0%（omf），浴比1∶30。

染色工藝流程：首先將羊毛織物放入32 ℃的染液中，然后以1.5 ℃/min 的升溫速率升至92 ℃，保溫染色60 min，再以1.5 ℃/min 的降溫速率降至80 ℃，保溫20 min，最后水洗烘干。

1.4 測試方法

用紫外分光光度計分別測定染色前后染液的最大吸收波長（λmax）處的吸光度，按公式（1）計算上染百分率D。

式中：A1為染色殘液稀釋n倍后的吸光度；A2為染色原液稀釋n倍后的吸光度。

采用測色儀測定試樣皂洗、干燥后的K/S值。K/S值為染色深度，該值越大表示染色深度越深，皂洗干燥后的K/S值越大，則固色率越大。

參照GB/T 8629—2017《紡織品 試驗用家庭洗滌和干燥程序》測試試樣氈縮率，按照規(guī)定的4N 程序連續(xù)洗滌1 次，取出烘干［23］。按公式（2）計算氈縮率。

采用電子萬能材料試驗機，根據(jù)GB/T 3923.1―2013《紡織品 織物拉伸性能 第1 部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》測試織物斷裂強力。每種試樣測5 次，取平均值。

將試樣鍍金后，用電子掃描顯微鏡觀察試樣表面特征。

2 結果與討論

2.1 等離子體參數(shù)選擇

根據(jù)查閱相關文獻確定等離子體處理的電壓、頻率、占空比和氣體流速的范圍。通過預試驗，最終確定最佳工藝參數(shù)：氣體為空氣，占空比40%，電壓260 V，頻率19 kHz。在預試驗中，氮氣等離子體的效果最好，但是氮氣與空氣效果差距較小，考慮到經濟效益，最終選擇空氣等離子體。電壓、占空比、頻率若繼續(xù)增大，羊毛織物會出現(xiàn)燒焦情況；若減小，則會出現(xiàn)輝光不穩(wěn)定的現(xiàn)象［24-25］。

2.2 羊毛織物表面特征分析

利用掃描電鏡對不同處理工藝的羊毛進行表征，如圖1 所示。其中，工藝1 為質量分數(shù)0.5%雙氧水處理，工藝2 為質量分數(shù)1%雙氧水處理，工藝3 為等離子體處理，工藝4 為等離子體+質量分數(shù)0.5%雙氧水處理，工藝5 為等離子體+質量分數(shù)1%雙氧水處理。

圖1 不同處理方式下羊毛纖維電鏡照片

由圖1 可以看出，未經處理的羊毛鱗片結構緊密，尖角突出，棱角分明。所以這種羊毛經過摩擦，纖維相互糾纏，摩擦力增大，氈縮率增大。而經過雙氧水處理后，羊毛纖維表面鱗片軟化，部分脫落，皮質層受到損傷，摩擦效應降低，故氈縮率與強力有可能下降，后面進一步通過試驗驗證；經等離子體處理后，羊毛表面的鱗片層出現(xiàn)刻蝕，能夠看到部分鱗片已經脫落，鱗片結構變得松弛，羊毛表面變得粗糙，織物氈縮率有可能下降［26-27］；但由于表面摩擦力增大，纖維抱合力增大。雖然單根纖維受到損傷強力降低，但羊毛織物強力有可能增大，下面通過進一步試驗驗證。

2.3 等離子體處理對羊毛織物固色率的影響

按照1.3 中的工藝對羊毛織物進行處理、染色，并測定固色率。未處理和工藝1、工藝2、工藝3、工藝4、工藝5 處理的羊毛織物K/S值分別為26.988、 27.498、 29.219、 29.570、 31.162、31.181。由此可以看出，單獨的等離子體處理以及雙氧水處理都會提高羊毛織物的固色率，并且雙氧水的質量分數(shù)越大效果越好，這是因為雙氧水會軟化纖維的鱗片，甚至會去除部分鱗片，從而減小染料進入纖維內部的阻礙［28-29］；等離子體高能粒子對羊毛纖維進行短時間的轟擊后，會在纖維表面進行刻蝕，增大了纖維的比表面積，并且會引入新的極性基團，從而使得染色屏障被打破；同時，鱗片層中的胱氨酸經空氣等離子體處理后會被氧化，二硫鍵發(fā)生斷裂，生成親水極性基團（—SSO3和—SH），提高了羊毛纖維的潤濕性，增加了與染料的結合力，從而使得羊毛織物的固色率明顯提高。

2.4 等離子體處理對羊毛織物強力和氈縮率的影響

不同處理方式下羊毛織物的強力和氈縮率測試結果如表1 所示。從表1 中可以看出，經等離子體處理與雙氧水處理后，織物的氈縮率出現(xiàn)明顯下降；兩種方式復合對織物進行處理時，氈縮率下降最為明顯。使用雙氧水進行處理時織物的強力呈下降趨勢，而使用等離子體處理時織物的強力反而上升。這是由于使用雙氧水或等離子體處理時，都會對羊毛表面的鱗片層進行破壞，雙氧水會使羊毛表面的鱗片發(fā)生軟化，而等離子體則會對羊毛表面的鱗片進行轟擊，從而使其部分脫落。兩者都會減弱羊毛的摩擦效應，從而降低氈縮率。兩種處理方式對于織物強力產生不同的結果，則是由于雙氧水使羊毛表面的鱗片軟化，摩擦力降低，纖維之間的抱合力減弱，且由于氧化作用，單根纖維的強力也隨之降低，從而導致織物的強力降低；等離子體處理會使羊毛表面鱗片部分脫落，導致纖維表面變粗糙，雖然會使纖維受到破壞，單根纖維強力降低，但是由于表面粗糙度增加，從而增加了纖維之間的抱合力，使織物的強力增大。

表1 不同處理方式下羊毛織物的強力和氈縮率

2.5 等離子體處理對羊毛織物上染速度及上染百分率的影響

不同處理方式下羊毛織物的上染百分率如表2 所示。

表2 不同處理方式下羊毛織物的上染百分率

從表2 中可以看出，隨著時間的增長，上染百分率不斷增大，到達一定時間之后，所有處理方式得到的上染百分率幾乎相同。這是由于達到一定溫度后，染料會吸附到織物上，但是染料分子不會全部進入纖維內部，皂洗后染料會脫落；等離子體處理與雙氧水處理都能加快染料進入纖維內部的速度，這是由于雙氧水能夠氧化羊毛纖維表面的鱗片，使其表面的鱗片部分脫落，使染料更容易滲透到纖維的內部，從而提高染料進入纖維內部的速率以及上染百分率；相比較而言，等離子體處理對提高上染速率更為有效［30］。這是由于等離子體會對羊毛纖維表面進行刻蝕，使羊毛表面鱗片部分脫落，同時會在纖維表面接枝親水基團，從而提高上染速率以及上染百分率。因此依次經過等離子體和雙氧水處理的羊毛織物上染速率與上染百分率改善更為顯著。

3 結論

羊毛織物經過雙氧水、常壓等離子體或兩者的聯(lián)合處理，羊毛纖維表面的鱗片部分被破壞，活性染料上染羊毛織物的效果得到改善，尤其是當兩者共同作用時，效果最為明顯。經過常壓等離子體處理后的羊毛織物強力明顯增大，并且經過常壓等離子體和質量分數(shù)0.5%雙氧水聯(lián)合處理的羊毛織物各方面性能明顯優(yōu)于質量分數(shù)1.0%雙氧水單獨處理的羊毛織物，因此這種處理方式有望降低羊毛前處理中雙氧水的用量。