羊毛陶瓷整理技術(shù)
北京毛紡織科學(xué)研究所 王小亞 趙正農(nóng) 錢曙華
【摘要】闡述了作者對(duì)羊毛陶瓷整理技術(shù)的研究成果，對(duì)羊毛陶瓷整理技術(shù)的機(jī)理探討、工藝試驗(yàn)及產(chǎn)品風(fēng)格等進(jìn)行了全面的論述。
1、國(guó)內(nèi)外概況
羊毛陶瓷整理是國(guó)際羊毛局于八十年代后期推出的一項(xiàng)新的加工技術(shù)。該技術(shù)首先由日本幾家公司研究成功，目的是進(jìn)一步開發(fā)羊毛制品的舒適性、功能性，擴(kuò)大它的應(yīng)用范圍，以此適應(yīng)人們對(duì)毛紡織品愈加廣泛的需求。
根據(jù)資料介紹，該技術(shù)主要是采用一系列特殊的加工方法，將陶瓷微粒引入羊毛纖維，從而改變纖維的表面狀態(tài)，賦予羊毛紡織品以下功能和效果：① 麻型風(fēng)格；由于陶瓷粒子的存 在使得織物的硬挺度、壓縮彈性和表面粗糙度都有所增加，得到類似麻織物的挺爽手感與風(fēng)格，樹脂層的存在使得這種仿麻效果具有持久耐洗性。② 吸濕透氣性；由于陶瓷粒子的多 孔表面和它所形成的微氣候?qū)樱商岣呖椢锏奈鼭裥院屯笟庑裕瑥亩黾涌椢锏氖孢m性和涼爽感，開發(fā)了羊毛的春夏季市場(chǎng)。③ 保暖性；選用某些紅外輻射能力較強(qiáng)的陶瓷粒子吸附在織物上，可增加人體對(duì)紅外輻射的吸收，提高服裝的保暖性，并有保健作用。
通過對(duì)國(guó)外信息資料與日本專利技術(shù)的調(diào)研和分析，我們認(rèn)為，羊毛陶瓷整理是一項(xiàng)邊緣科學(xué)技術(shù)，涉及學(xué)科較廣，難度較大，但此技術(shù)的開發(fā)對(duì)于毛紡新產(chǎn)品的研制，具有一定的新穎性和實(shí)用性。為填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，拓寬羊毛市場(chǎng)，我們于90年首先在國(guó)內(nèi)開展此項(xiàng)技術(shù)的研 究，并取得滿意的結(jié)果，于93年通過紡織部組織鑒定。
2.陶瓷整理劑的研制
陶瓷整理技術(shù)的關(guān)鍵是陶瓷處理液的組成與制備。據(jù)資料介紹許多無機(jī)氧化物微粒子都被推薦用于陶瓷整理，如ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2等。在研究初 期，我們也曾選擇了幾種精細(xì)的陶瓷粉末材料，進(jìn)行過一系列分散試驗(yàn)，取其分散液澄清部分對(duì)羊毛纖維進(jìn)行浸漬處理，結(jié)果皆因其粒度大及親和力差而無法固著在羊毛纖維上。經(jīng)分析我們認(rèn)為，在現(xiàn)有材料的基礎(chǔ)上，采用
通過對(duì)收集來的日本鐘紡公司采用的日本制陶瓷處理劑進(jìn)行剖析，了解到它是一種陽離子性的含硅膠體溶液。我們改變技術(shù)路線，采用化學(xué)方法，選用含硅化合物為原料，選擇合理的配制條件，成功的制成了穩(wěn)定的膠體溶液，用于陶瓷整理。該液呈陽離子性，外觀清徹近于透明，微粒分散均勻穩(wěn)定，水溶性極好，具有工藝處理的實(shí)用性。
將我們配制的陶瓷處理劑與上述日本所用的陶瓷處理劑進(jìn)行紅外光譜分析，看出二者的特征 峰相吻合，可以認(rèn)為二者是由同類化合物所組成的。
其紅外光譜見圖1。
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3.陶瓷整理的基本技術(shù)和作用機(jī)理
羊毛陶瓷整理的基本技術(shù)由三步組成：首先將羊毛纖維表面氯化改性，再將陶瓷微粒子由離子性結(jié)合而吸附在纖維上，最后采用樹脂處理使其固著。
3.1.羊毛纖維表面的改性：
羊毛纖維表面的鱗片層由外層薄膜，外表皮層和內(nèi)表皮層所組成。對(duì)其進(jìn)行氯化等氧化處理，可以將疏水性的外層薄膜去除，將弱親水性的外表皮層損傷、破壞，使其獲得與內(nèi)表皮層同樣的親水性，并增加了離子性。這樣處理后除了獲得傳統(tǒng)的防氈縮效果以外，在纖 維表面所產(chǎn)生的多種陰離子性基團(tuán)，可與陽離子性的陶瓷微粒形成離子性結(jié)合，并有利用與陽離子性的樹脂反應(yīng)而生成共價(jià)鍵的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。此外，由于氯化后羊毛纖維表面張力增加，也有利于樹脂在纖維表面的均勻擴(kuò)散。
對(duì)羊毛纖維表面的改性處理主要是使用氯化方法，該處理分為氯化和脫氯二步進(jìn)行。羊毛角 質(zhì)層的特征結(jié)構(gòu)為：ＳＳ胱氨酸鍵和ＣＯＮＨ多縮氨酸鍵。氯化處理使該特征結(jié)構(gòu)發(fā)生如下反應(yīng)而生成-ＳＯ3Ｈ，-ＣＯＯＨ，-ＳＳＯ3Ｎａ等末端基團(tuán)，在中性或弱酸性條件下，為-ＳＯ3－，-ＣＯＯ－，-ＳＳＯ3形式，降低了羊毛的動(dòng) 電層電位，羊毛表面帶負(fù)電荷。
3.2.陶瓷微粒子的吸附
將陽離子性陶瓷微粒子制成的水分散型膠體溶液，對(duì)經(jīng)氯化改性的羊毛進(jìn)行處理，則
3.3.樹脂固化處理：
對(duì)于已經(jīng)結(jié)合了陶瓷微粒子的羊毛纖維和織物，采用陽離子性樹脂進(jìn)行處理，使其與改性的羊毛纖維產(chǎn)生共價(jià)鍵結(jié)合，從而將陶瓷微粒子一起復(fù)蓋在羊毛纖維表面，形成樹脂膜，使陶瓷微粒子牢固地結(jié)合在纖維表面，反復(fù)洗滌其特性也不會(huì)改變。由此得到了穩(wěn)定的陶瓷整理效果。
選用的樹脂要求具有陽離子性，目的是可與陽離子性的陶瓷粒子有較好的相容性，否則將破壞陶瓷粒子溶液的穩(wěn)定性。此外，也有利于與氯化后羊毛陰離子的結(jié)合。
4.陶瓷整理的工藝路線
陶瓷整理的產(chǎn)品可以有針織紗線、針織衫和輕薄機(jī)織物等等。從工序安排的合理性及處理效果的最佳化來考慮，它們的加工過程有如下選擇：
4.1.陶瓷整理毛針織紗的加工：
① 毛條氯化—紡紗—洗線—染色(絞紗或筒子紗染色)—陶瓷處理—樹脂處理—烘干焙烘— 成品
② 常規(guī)毛條紡紗—紗線氯化(絞紗或筒子紗)—陶瓷處理—樹脂處理—烘干焙烘—成品
4.2.陶瓷處理毛針織衫的加工：
① 針織成衫—氯化—染色—陶瓷處理—樹脂處理—烘干—整燙—成品
② 針織成衫染色—氯化—陶瓷處理—樹脂處理—烘干—整燙—成品
4.3.陶瓷處理毛機(jī)織物的加工：
① 毛條氯化—紡紗—織造—濕整—匹染—陶瓷處理&mda
② 常規(guī)毛條紡紗—織造—濕整—氯化—染色—陶瓷處理—樹脂處理—烘干—蒸呢—成品經(jīng)過對(duì)以上幾條路線進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果都能得到所要求的陶瓷整理的效果。
5.陶瓷整理效果的分析
5.1.纖維表面狀態(tài)的變化：
將羊毛纖維采用自配陶瓷處理劑和日本陶瓷處理劑分別處理以及洗滌后，纖維表面變化情況通過電鏡觀察如下：
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| ① 原毛 | ② 單用樹脂處理后 | ③ 自配陶瓷處理劑處理后 |
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| ④ 日本陶瓷處理劑處理后 | ⑤ 自配陶瓷處理劑處理并洗滌后 | ⑥ 日本陶瓷處理劑處理并洗滌后 |
通過電鏡照片可以看出，陶瓷處理后，微粒附著在纖維表面，經(jīng)洗滌后仍未脫落。采用自配陶瓷處理劑與日本陶瓷處理劑效果相仿。
注：洗滌方法參照ＩＷＳ皂洗牢度測(cè)試法。
5.2.風(fēng)格值的改善：
選用純
| 試樣 項(xiàng)目 | 原樣未處理 | 處理后 | 原樣洗后 | 處理樣洗后 |
| ＷＤ綜合值 | 3.82 | 1.39 | 4.35 | |
| ＳＴ硬挺度 | 0.35 | 4.76 | 1.94 | 5.44 |
| ＦＵ豐厚度 | 0.63 | 4.98 | 1.74 | 4.71 |
| ＳＭ光滑度 | 9.60 | 6.95 | 8.76 | 7.56 |
由測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)陶瓷整理后，織物風(fēng)格值明顯改變，硬挺度和豐厚度增加，表面光滑度降低。而洗滌后效果仍然保持，說明了樹脂層對(duì)陶瓷粒子層的固定是有效的。
將處理前后用主觀評(píng)價(jià)方法比較手感，也可發(fā)現(xiàn)其明顯區(qū)別：處理后織物手感粗、爽、挺，有麻感，而未處理織物較滑、軟。為此，在服用中陶瓷整理織物給人以涼爽的感覺。經(jīng)過實(shí)際試穿證明，也沒有以往羊毛貼身織物那種刺癢感及其它不良反映，可以用于春夏季內(nèi)衣或襯衫面料。
5.3.吸濕性提高：
毛針織物和機(jī)織物經(jīng)陶瓷整理后，吸濕性都有顯著的增加。我們采用水滴法，根據(jù)水滴在織物上完全潤(rùn)濕的時(shí)間，比較不同樣品的吸濕性。
試.樣。未處理 。氯化后。陶瓷整理后
潤(rùn)濕時(shí)間。770ｍｉｎ。43ｓｅｃ。8．8ｓｅｃ
試驗(yàn)表明，織物經(jīng)氯化
5.4.透氣性增加：
| 試樣 | 未處理 | 陶瓷整理后 |
| 透氣量（米3／米2秒） | 591×10－3 | 749×10－3 |
5.4.保暖性增加：
| 試樣 | 未處理 | 陶瓷整理后 |
| 保暖率（％） | 18.40 | 22.27 |
前面提到陶瓷整理后毛織物具有涼爽的功能，這只是它在風(fēng)格、手感上的一種主觀的涼爽感覺，決不是說陶瓷整理具有冷卻的機(jī)能，而是這種舒適性足以被人體皮膚感應(yīng)系統(tǒng)所察覺。從保暖性增加的結(jié)果來看，可以了解到由于多孔性陶瓷粒子層的存在，在纖維表面形成一個(gè)靜止空氣層，進(jìn)一步降低了材料的熱傳導(dǎo)性，防止熱的逸散，從而使保暖性能得以提高。
5.6.其他效果：
陶瓷整理后織物同樣具有防縮整理的效果。
染色后進(jìn)行陶瓷處理，對(duì)產(chǎn)品的色牢度無不良影響。
6.產(chǎn)品開發(fā)試驗(yàn)
6.1.純毛針織套衫陶瓷整理：
①織物主要規(guī)格(略)
②主要工藝流程
成衫染色—氯化—陶瓷處理—樹脂處理—烘干—整燙—成品
③主要工藝條件(略)<
①織物主要規(guī)格(略)
②主要工藝流程
坯布濕整—染色—氯化—印花—后整—陶瓷處理—樹脂處理—烘干—蒸呢—成品—制披肩
③主要工藝條件(略)
7.關(guān)于紅外輻射和保暖性問題探討：
在第一部分就已提到，國(guó)外特別是日本許多技術(shù)資料都在探討紅外輻射與保暖性的關(guān)系。他們認(rèn)為，羊毛織物可通過陶瓷整理來增加織物的紅外輻射能，從而提高保暖性。他們提出，某些陶瓷材料可發(fā)射出易于為人體所吸收的遠(yuǎn)紅外線，即紅外輻射的波長(zhǎng)與人體內(nèi)水和蛋白質(zhì)的最大吸收波長(zhǎng)相吻合。如果選用這類紅外輻射能力較強(qiáng)的陶瓷粒子如Ａｌ2Ｏ3、 ＴｉＯ2、ＡｒＯ2等處理在織物上，可增加人體對(duì)紅外輻射能的吸收，提高服裝的保暖性，并且促進(jìn)血液循環(huán)，有保健作用。
這是很誘人的功能，我們對(duì)此也進(jìn)行過探索實(shí)驗(yàn)。選擇Ａｌ2Ｏ3等陶瓷粒子用涂層法 處理在織物上，在熱平衡條件下用紅外熱像儀對(duì)比陶瓷處理前后的織物樣品的熱像圖，結(jié)果沒有發(fā)現(xiàn)明顯的溫度差異。也就是說，羊毛織物經(jīng)陶瓷整理后，其紅外輻射能力沒有發(fā)生明顯變化。為了解釋這種與預(yù)期相反的試驗(yàn)結(jié)果，我們對(duì)紅外輻射(即熱輻射)問題進(jìn)行了認(rèn)真的研究探討。
根據(jù)物體的熱輻射理論可知，在一定的溫度Ｔ時(shí)，物體的總體發(fā)射本領(lǐng)E和單色發(fā)射本領(lǐng)ｅ 的關(guān)系為：
Ｅ（Ｔ）＝∫ｅ（λ,Ｔ）ｄλ
式中ｅ表示物體的單色發(fā)射本領(lǐng)，它是波長(zhǎng)λ、溫度T的函數(shù)，反映了在不同溫度下輻射能按波長(zhǎng)而分布的情況；而E為物體的總發(fā)射本領(lǐng)，反映了每單位時(shí)間內(nèi)從物體表面單位面積上所發(fā)射的各種波長(zhǎng)的總輻射能，顯然它只與溫度 T有關(guān)。
在平衡熱輻射時(shí)，物體的輻射性質(zhì)遵循基爾霍夫定律：
ｅ（λ,Ｔ）／ａ（λ,Ｔ）＝ｅ0（λ,Ｔ）
式中的吸收系數(shù)?表示當(dāng)輻射能入射到某一不透明物體時(shí)，吸收的能量和入射總能量的比值。它隨物體的溫度和入射輻射能的波長(zhǎng)而改變(在量值上與物體的比輻射率?相等，?即某 物體的輻射率與黑體輻射率的比值)，是表示該物體熱輻射特性的參數(shù)，不同的物體特別是 不同表面狀態(tài)的物體具有不同的吸收系數(shù)。將基爾霍夫定律寫成ｅ（λ,Ｔ）＝α（λ,Ｔ ）×ｅ0（λ,Ｔ）的形式，則可清楚地看出，物體的吸收系數(shù)?越大，輻射能ｅ也就越 大，反之越小。因此，若要提高某物體的輻射能力ｅ，就要提高其吸收系數(shù)?。
據(jù)資料介紹，普通織物的吸收系數(shù)?可達(dá)0.90以上（黑體為1），比如，在25－
至于陶瓷粒子的遠(yuǎn)紅外輻射能與人體的選擇吸收問題，以及促進(jìn)血液循環(huán)的保健作用，筆者未做試驗(yàn)，不敢妄加評(píng)論，只是希望其效果能夠有充分的理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，能夠得到公眾的認(rèn)可，而不僅是一個(gè)良好的愿望。
8.結(jié)論
8.1.羊毛陶瓷整理是一項(xiàng)國(guó)外新近推出的整理技術(shù)。我們經(jīng)過深入研究，在關(guān)鍵技術(shù)上取 得了突破，成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)羊毛織物進(jìn)行陶瓷整理。
8.2.我們研制的羊毛陶瓷整理
8.3.通過陶瓷整理，改變了纖維的表面性能，使羊毛織物具有特殊的風(fēng)格，服用舒適性提 高，各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試合格。經(jīng)陶瓷整理試制的高支紗羊毛衫、襯衫、圍巾等，受到試用者的好評(píng)。
8.4.采用陶瓷整理技術(shù)，拓寬了羊毛的使用范圍，為進(jìn)一步開發(fā)羊毛織物的四季服裝面料 ，提供了一條新的途徑。
9.主要參考文獻(xiàn)
1.ＩＷＳ技術(shù)介紹——羊毛陶瓷整理
2.加工技術(shù)
3.纖維表面性能
4.日本專利若干
5.紅外技術(shù)
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