技术资料
天然彩色棉机织物的生态整理
原始文献库
2021/7/9
浏览数:675

2.2.4测试方法:

2.2.4.1失重率:将试样在处理工艺前后在105℃下烘干1小时,在放入干燥器中冷却30分钟后称重,并按公式(1)计算失重率。

       失重率=W0 W1/ W0 × 100%           1

           W0——织物初始重量;W1——织物处理后重量。

  2.2.4.2色差:将每块试样在ND1001DP  Color/color-difference meter色差仪上分别测三个不同点的色差,计算平均值。

  2.2.4.3毛效:将试样裁成5×25cm大小,测量试样在30分钟内铬酸钾的爬升高度。

  2.2.4.4蓬松度:使用Y531厚度仪,对试样先后施以轻压50g和重压500g,并分别测出试样在两种压力下的厚度。在一块试样上测量三个不同的点,按公式(2)计算出蓬松度,取其平均值。

蓬松度B=T0 - TS/TS × 100%              2

T0 —— 织物轻压厚度;TS —- 织物重压厚度。 

2.2.4.5柔软度:将试样裁成2×15cm大小在Ieyeeriki柔软度仪上进行测试。按公式(3)计算出织物的刚度,用刚度来反映织物的柔软度。刚度越小,柔软度越好。     

 B=(L4×M)/(8×G) g.cm                           (3)

        B—柔软度   

L2=H2+G2   H—仪器水平刻度cm  G—仪器垂直刻度cm  M—仪器每平方厘米重量g 

2.2.4.6收缩率:测出试样上同一小方格的长宽,算出面积,按公式(4)计算收缩率。

收缩率=S0 S1/S0 × 100%                4

S0——坯布小方格的面积;

S1——处理后织物小方格的面积

  2.2.4.7起毛起球评级:将织物裁成直径为10cm的圆形试样,按照《GB/T.4802.1/1997纺织品 织物起球实验 原轨迹法》,参照毛织物起毛起球参数(即起球30次)进行测试并评级。

  2.2.4.8断裂强力:将织物裁成5×20cm大小试样三块,在YG026织物强力机测试试样在10cm拉伸长度下的断裂强力,计算平均值。

  2.2.4.9各项牢度:

a.耐磨擦色牢度的测定

  采用GB 3920-83纺织品耐磨擦色牢度实验方法。仪器选用Y571-A染色摩擦牢度试验机(浙江温州纺织仪器厂)

b.耐汗渍色牢度实验方法

  采用GB 5713-85纺织品耐汗渍色牢度实验方法,仪器选用YG 631汗渍牢度仪(无锡纺织仪器厂)。

c.耐洗色牢度实验方法

  采用GB 3921-83纺织品耐洗色牢度实验方法,仪器选用SW-12耐洗色牢度试验机(无锡纺织仪器厂)。

d.耐晒牢度

WKE-6-H型日晒牢度仪进行日晒牢度测定。

§3. 结果与讨论

3.1 天然彩色棉结构的初步分析

3.1.1横截面的显微镜观察:

1绿色天然彩棉横截面显微镜照片   2棕色天然彩棉横截面显微镜照片

  1、图2可以看出,天然彩色棉横截面与普通白棉相似,都呈带有胞腔的腰圆型。天然彩棉的色彩呈片状,主要分布在次生胞壁内。棕色系天然彩色棉纤维较细,截面比较圆润,胞腔较小;绿色系天然彩色棉纤维较粗,胞腔较大,呈U型。由此可见棕色系天然彩棉成熟度较高,绿色系成熟度较低。

3.1.2红外光谱分析:

                    3 普通白棉与绿色天然彩棉红外光谱图

                    上曲线 普通白棉       下曲线 绿色彩棉

   从红外光谱图可以看出,绿色彩棉化学结构与普通白棉基本相似,但在2900附近,出现28502917三级氢特征吸取峰,1646附近,出现1738羰基特征吸取峰,说明彩棉结构中可能存在羰基,其发色原理与羰基有关。

3.2生态整理对天然色彩的影响:

3.2.1杂质色素与天然色彩

  有研究表明,原棉杂质色素主要存在于棉籽壳。棉籽壳的组成见表1                     

                     1  棉籽壳的组成

层次

      层次名称

                  

     细胞壁

细胞腔内

1

表皮层

果胶、纤维素、半纤维素

含氮物、色素

2

外色素层

纤维素

含氮物、色素

3

无色细胞层

木质素、纤维素

 

4

栅状细胞层

木质素、纤维素

 

5

内色素层

纤维素

含氮物、色素

  大多数棉籽壳实际上只有第一层和第二层,并无木质素存在,各层之间由果胶相联,肉眼看到的黑褐色主要是分布在初生胞壁中。天然色彩分布主要在次生胞壁中(见图1、图2),因此有可能通过纤维素酶和果胶酶的协同作用,去除杂质色素,而保留所需的天然色素。

3.2.2生态整理剂对天然色彩的影响:

  本文采用淀粉酶退浆、纤维素酶和果胶酶协同作用去毛--除杂--柔软,作为生态整理剂。

3.2.2.1淀粉酶退浆剂对天然色彩的影响:

  分别采用碱退浆和淀粉酶退浆,测定失重、色差。结果见表2

           2  退浆对天然色彩的影响

    退浆剂

       %

  色差△Ε

 

     8.7

  7.2

 退浆酶DT

     4.1

  7.8

 退浆酶GT

     3.1

  7.0

 2可见,无论是碱退浆或酶退浆都使天然色彩加深。退浆酶DT为低温酶,退浆酶GT为高温酶,低温酶DT退浆率高而色差明显,因此选用DT进行退浆。

3.2.2.2 纤维素酶和果胶酶混合整理剂对天然色彩的影响:

  为彻底去除果胶等杂质,达到除杂、柔软效果,需采用果胶酶与纤维素酶协同作用。因本文收集到的果胶酶为酸性,因此采用酸性纤维素酶。固定果胶酶用量不变,分别采用酸性纤维素酶1、复配未改性酸性酶BFS_Q;改性纤维素酶2;改性纤维素酶3对天然彩棉进行处理,测定失重、色差。结果见表3。(处理条件:果胶酶用量:2.2g/l; 纤维素酶用量:3g/l; PH5, 温度:50  时间:60min

                     3   酸性纤维素酶对天然色彩的影响

    纤维素酶

  失重%

  色差△Ε  

1

   3

  9.07

BFS-Q

   4

  8.58

2

   2

  9.73

3

   3

  9.40

改性酸性纤维素酶2;3失重小于未改性酸性酶,而色差大。改性酸性纤维素酶23活力大,但损伤小,色彩保留好,因此本文选择2为主要生态整理剂。并与复配未改性酸性酶BFS-Q对照。

3.3.生态整理工艺条件探讨:

3.3.1工艺条件正交试验:

  为考察纤维素酶用量、PH值、时间对彩棉服用性能的影响,固定果胶酶用量(2.2%o.w.f)、温度50℃、浴比1:12不变,本文设计三因素、三水平正交试验。分别考察它们对失重、断强、毛效、色差、蓬松度、柔软度的影响。试验结果见表4                 

                       4  正交试验表

编号

纤维素酶2

%o.w.f

PH

时间

失重%

断强

纬向N

毛效

cm/30min

色差

蓬松度%

柔软度g.cm

1

3.4

4.0

60

1.96

295.7

9.8

7.70

6.7

15.39

2

3.4

4.5

90

2.27

296.3

11.3

8.10

6.4

15.52

3

3.4

5.0

120

1.63

284.0

10.5

7.70

7.3

15.32

4

4.4

4.0

90

1.98

269.3

10.9

7.23

7.3

15.13

5

4.4

4.5

120

2.48

278.0

11.7

7.30

5.6

15.58

6

4.4

5.0

60

1.83

271.3

8.5

7.43

8.1

15.35

7

5.4

4.0

120

2.32

281.0

11.3

7.43

3.8

15.08

8

5.4

4.5

60

1.98

299.7

9.8

7.87

2.4

15.60

9

5.4

5.0

90

1.91

274.0

9.8

7.67

2.6

15.66

3.3.2最佳工艺条件选择

 

 

 工艺条件对整理效果极差值分析见图4。极差值分析可以看出,工艺条件对整理效果影响比较大的指标是毛效和蓬松度。其中纤维酶用量对蓬松度(去毛效果)影响比较大;时间对毛效(润湿性)影响比较大;pH值对两项指标均有影响。 工艺条件各因素水平对整理效果影响的综合分析见表5

            5工艺条件各因素水平对整理效果影响的综合分析

工艺条件

色差

毛效

失重

强力

蓬松度

柔软度

纤维素酶用量

PH

时间

  去毛--除杂柔软是生态整理的主要目的。蓬松度是织物去毛效果的主要指标之一。适当蓬松度说明织物手感富于弹性,过度蓬松度说明织物表面易于起毛球。蓬松度较低说明织物表面光洁度好,纹理清晰。毛效是衡量织物润湿性的重要指标,毛效高,说明杂质去除比较干净。纤维素酶用量大固然对去毛有利,但会影响色差、失重和强力,因此纤维素酶用量采用Ⅱ水平(3.4%owf)。本文采用果胶酶最佳PH值为3-5,纤维素酶最佳pH值为4.5-5.5,二者混合使用,正交试验证明pH值水平(4.5)对毛效和蓬松度都是最佳值。整理时间对其它因素影响不大,仅对毛效有显著影响,故时间选择水平。综合考虑以上因素,最佳工艺条件选择:

                   果胶酶BFS-G用量:  2.2%(o.w.f)

                   纤维素酶用量:3.4% (0.w.f)

                   pH            4.5                 

                   浴比:        112

                   温度:        50

                   时间:        120min

3.4 生态整理后天然彩色棉机织物的服用性能:

  根据正交试验筛选出的最佳工艺,对天然彩棉进行生态整理;(退浆后,分别用改性酸性纤维素酶2—生态整理a;复配未改性酸性纤维素酶BFS-Q—生态整理b,然后测定色差、毛效、失重、强力、蓬松度、柔软度、起毛起球、色牢度;并与常规整理进行对比。试验结果见表6

       6绿色天然彩棉机织物生态整理与常规整理的服用性能对比

      分类

性能

 

   坯布

 

  常规整理

 

生态整理a

 

生态整理b

毛效

cm

T

    0.3

     5.4

  12.8

  14.3

W

    0.0

     4.3

  11.8

  12.0

失重率

%

退浆

    ---

     8.0

  4.7

  4.7

精练

    ----

     0.77

  2.0

  2.6

断裂强度N

T

   457

     322

  328

  327

W

   277.5

     241

  266.7

  255.3

柔软度

g.cm

T

   15.9

     15.7

  14.8

  14.9

W

   15.8

     15.6

  14.5

  14.6

色差ΔE

   0.0

     7.2

  6.5

  6.4

蓬松度%

   29.93

     13.2

  8.9

  10.1

面积收缩率%

   ----

     16.3

  16.3

  16.3

起毛起球

   3-4

     ----

  5

  5

 

牢度评级

摩擦牢度

   4-5

     4-5

  4-5

  4-5

湿

   4

     4

  4

  4

汗迹牢度

   4-5

     4-5

  5

  5

   4-5

     4-5

  4-5

  4-5

日晒牢度

   4

     3

  3

  3

皂洗牢度

   4-5

     4-5

  4-5

  4-5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4.1色差情况对比:

  天然彩棉的主要特色是保证种植和染色“零污染”,后整理过程除必须无污染外,还必须保证对天然色彩无影响。令人兴奋的是,无论常规整理还是生态整理都使天然彩棉织物色泽明显加深。常规常规整理略好于生态整理。原纤维横截面显微镜观察已经表明,天然彩棉色彩分布在纤维内部的次生胞壁内。退浆后,去除纤维表面浆料覆盖层,使分布在纤维次生胞壁内天然色彩有所显现。经进一步整理,去除了纤维表面部分杂质覆盖层,同时有部分色彩向纤维细胞壁迁移,进一步显露出彩棉的天然色彩。结果见图5、图6

 5 经生态整理后天然彩棉截面显微镜照片   6常规碱处理后天然彩棉截面显微镜照片

 5表明,经生态整理,色彩向纤维壁迁移,但多数色彩保留在内部。纤维壁破损处,色彩移向纤维表面。图6表明,常规整理在碱作用下,纤维剧烈膨胀,胞腔几乎消失,胞壁更薄,天然色彩明显向胞壁迁移。因此碱处理会使彩棉颜色更鲜艳。生态整理纤维膨胀小于常规整理,原因在于,生态整理pH为酸性,常规整理pH为碱性,棉纤维对碱性更为敏感。

  相同处理条件下,不同纤维素酶产生色差不同。纤维素胞壁适当变薄,可以使色彩加深,但胞壁破损过度,也会引起色彩流失。未改性酸性酶对纤维素主链和端基均有降解作用,过度降解,引起天然色彩的流失。基因改性纤维素酶主要降解纤维素端基,不会对纤维素胞壁产生过度降解,控制得当,天然色彩可显现最佳效果。纤维失重与色差关系见图7

3.4.2色牢度情况:

  在解决致癌染料问题时,人们越来越多地考虑到天然色素染色。但天然色素染色的关键问题是如何提高染色牢度。天然色素分子量比较大,难于渗透到纤维内部,上染率低,与纤维附着力小,水洗或摩擦很容易使天然色素剥离。提高固色率的方法又难于摆脱化学助剂。

  天然彩棉的情况恰恰相反。天然色素存在于纤维内部,只有通过水洗、摩擦等机械作用或化学、生物等降解作用,适当剥除表面覆盖层,才能充分显色。正是由于天然色素分子量大,所以也不易从纤维内部脱出。天然彩棉得天独厚的优势是摩擦、皂洗牢度优良,经生态整理和常规整理后可达到4-5级。

  与游离的天然色素相似的是,天然彩棉所含色素耐光性较差,日晒牢度较低,但也可达到3-4级。十分有趣的是,天然彩棉下机坯布的日晒牢度较高,可达到4级,经整理后反而有所下降。目前对天然彩棉化学结构、染料结构尚没有深入的分析,日晒变色机理尚不清楚,推测可能是因为表层覆盖物对紫外线有一定的吸取或反射作用,保护了内层的色彩,去掉保护层后,日晒牢度变差。

3.4.3毛效对比

   天然彩棉下机坯布毛效几乎为0,说明基本不润湿。常规处理后,毛效有所提高,生态整理毛效明显好于常规整理。存在于棉纤维中杂质的主要成分是果胶质、腊质、脂肪、蛋白质、灰分等,它们分布在纤维表面的初生胞壁中。这些杂质影响了织物的渗透效果。传统碱煮练的主要目的就是除去这些杂质,提高下机坯布的润湿性。毛效是衡量润湿性效果的重要指标。

  长期以来,人们认为影响织物润湿性的主要因素是非水溶性的蜡质、脂肪和蛋白质。有研究表明,蜡质含量与润湿性并无直接关系。用石油醚对棉织物萃取4小时后蜡质含量分别为0.0897%0.0875%,但测定毛效均为0。英国M.Michelle等人分别单独用果胶酶、纤维素酶、脂肪酶、蛋白酶处理下机坯布,观察水接触角。结果证明,除纤维素酶稍有作用外,单独用果胶酶、脂肪酶、蛋白酶处理,对水润湿性几乎没有影响。当果胶酶、纤维素酶混合使用时,织物润湿性有显著提高。

   棉纤维初生胞壁的杂质中,纤维素占的比重最大,(约54%, 因此单独用纤维素酶对提高润湿性有一定作用,但不明显。原因是果胶质作为粘合剂将其它杂质粘合起来,不连续地覆盖在纤维表面,使得纤维素酶难以充分接触纤维素杂质。单独使用果胶酶,也不能改善润湿性,可能因为果胶质也分布在非纤维素成分的下面,果胶酶难以接近。纤维素酶与果胶酶混合处理,产生增效作用,可能因为通过纤维素酶对纤维素杂质的部分水解,促使果胶酶接近果胶质。果胶质的水解,既有助于纤维素酶的进一步作用,又有助于解除其它杂质成分之间的附着力,使杂质脱离纤维母体,从而提高了织物的毛效。

3.4.4蓬松度及起毛起球对比:

  绿色天然彩棉纤维短,长度只有普通白棉70-80%,强力差,织物表面极易起毛。彩棉下机坯布蓬松度高达23.93%,起毛起球只能达到3-4级。常规整理后,蓬松度有所下降,但织物表面光洁度仍不理想,一般需要经烧毛处理。经生态整理后,织物蓬松度显著下降,约比常规处理下降3-5%,起毛起球现象有显著改善,可达到5级。宏观表面观察,织物光洁度明显改善,纹路清晰;显微镜观察,纱线表面绒毛明显减少。改性酸性纤维素酶对主链降解少,对端基降解多,因此“生物抛光”效果好于复配酸性纤维素酶。试验表明,生态整理有可能在除杂、提高毛效的同时,达到“生物抛光”,代替烧毛。

3.4.5柔软度对比

  常规整理对天然彩棉柔软度基本没有改善,主要起到除杂、提高润湿性的效果。目前彩棉整理方法,要提高柔软度,必须施加柔软剂。生态整理,除了达到去毛、除杂、提高润湿性目的外,同时对织物柔软度有一定提高。这主要是纤维素酶对纤维素的降解作用形成的。生态整理a与生态整理b效果基本相同。

3.4.6失重情况对比:

 退浆失重率:碱退浆失重率大于酶退浆。原因是浆料内可能含有某些聚乙烯醇,经碱溶胀可以去除,而淀粉酶对此没有效果,只能去除淀粉浆料。另外,碱对纤维中脂肪、蜡质等也有去除作用。精练失重率: 生态整理失重率大于常规整理。果胶酶与纤维素酶协同作用,通过降解果胶质和纤维素,起到去毛--除杂--柔软作用。生态整理a失重小于生态整理b;因为生态整理a 采用改性酸性酶。

3.4.7强力损伤对比:

   常规整理经向强力损失29.5%; 纬向强力损失13%;生态整理经向强力损失28.2%,纬向强力损失4%;生态整理b经向强力损失28.4%;纬向强力损失8%。生态整理强力损失小于常规整理。 失重是酶降解作用强弱的重要标志之一。但失重带来的强力损失,是长期以来影响纤维素酶在轻薄织物上应用的主要障碍。天然彩棉成熟度低,纤维短,强力小,强损问题更为突出。基因改性纤维素酶的出现使失重和强损问题的解决出现转机。        

  改性纤维素酶对纤维主链降解作用比较弱,主要降解织物表面绒毛纤维。强力损失比较小;普通酸性纤维素酶经复配后,强力损失也会减小,在失重2.6%时,纬向强力损失8%,虽比改性酶多4%,但比常规少5%

§4.结论

4.1天然彩棉形态结构和化学结构与普通白棉相似,所不同的是,彩棉次生胞壁内含有天然色素,被纤维初生胞壁杂质层和浆料层覆盖。此色素含有羰基发色基团;纤维短,强力差,成熟度低。

4.2天然彩棉无须染色、且天然色彩需经剥除表面覆盖层才能显现的独特性质,决定了经淀粉酶、果胶酶、纤维素酶协同作用的生态整理,剥除表面浆料覆盖层和杂质覆盖层,不但对天然色素没有破坏,反而使其充分显色,并保持良好的摩擦牢度和皂洗牢度。

4.3天然彩棉退浆后,可通过淀粉酶、果胶酶、纤维素酶协同生态整理,同时达到去毛精练柔软效果,有可能实现彩棉机织物烧毛、精练、柔软三步合一,缩短生产流程、减少污染。同时在整理过程中摆脱化学助剂,有可能实现从种植到成衣的“零污染”。

4.4 生态整理的最佳工艺是:

  果胶酶BFS-G用量:  2.2%(o.w.f);纤维素酶用量:3.4% (0.w.f)pH 5.0;浴比:112;温度:50 时间:120min。主要生态整理剂纤维素酶以改性酶2失重小,强损少,去毛效果好。复配未改性酶BFS_Q毛效、柔软度好于2,牢度指标相近。

4.5经生态整理绿色天然彩棉机织物色泽加深,除日晒牢度3级以外,皂洗、摩擦、汗渍牢度均可达到4-5级。失重、强力损失小于常规处理;毛效可达到11-14cm/30cm;起毛起球可达到4-5级;柔软度好于常规整理。

参考文献:

 1.M.Michelle Hartzell and You-Hsieh  Enzymatic Scouring to Improve Fabric Wettability Textile Research Journal 68.(4),233-241(1998)

 2.刘昌龄译 印度  colourage,1998.10.p17-19

 3. 唐志翔译 香港《Textile Asia,1993年,12月,5053页;

4.梦遥译 英国《国际染印漂整工编辑》,1993Vol.178,No.7,20

 5.薛迪庚 绿色印染生产《2000全国染整生态学研讨会资料汇编》P60

              

 

 

 

欢迎留言

 
 
欢迎投稿
CTA中国纺织助剂月刊杂志投稿声明:
        (1)投稿文章一经采用,支付编辑稿酬200元/篇(如优势产品应用、经验类总结文章等);
        (2)本刊投稿邮箱为
                 ctanet@163.com(企业)
                 350652029@qq.com(个人)
        (3)月刊杂志十余年投稿文章集结在网站和微信“专家投稿”栏目,感谢关注!

品牌推广咨询 020-84869930
请关注微信:CTA666
微信视频号:巴络克CTA纺织助剂网
抖音号:CTA2007
浏览书橱,可翻阅电子杂志及产品资料!
  索 阅           投 稿           书 橱        更多杂志    

索阅杂志、原料/助剂/牛仔洗水/设备/行业会议/检测产品等资料