表面具有纳米结构的羊毛纤维的用途 技术领域
本发明属于纺织品的功能性加工领域，尤其涉及表面具有纳米结构的羊毛纤维的用途。
背景技术
衣服在穿着时难免为粒子污、液体污或混合污通过直接、迁移或静电方式所沾污。为尽量减少衣物被污程度或被沾污后使污垢易于去除，人们在织物的后期整理工序，通常要进行易去污整理，旨在使织物具有耐久性防沾污或易去污功能。
但是，大部分易去污加工多是采用易去污整理剂对织物进行整理，如：汽雾熨斗用易去污熨烫剂，中国专利公开号为CN-1102677A公开的以水溶性高分子物、表面活性剂为主要成分的易去污熨烫剂；抗菌防臭易去污织物及其制备方法和制品，中国专利公开号为CN-1169488A公开的用一种抗菌化合物和氟嵌段共聚物处理织物得到抗菌防臭易去污织物的方法；聚丙烯腈纤维功能化整理的研究，广东化纤技术通讯，1988，4：p1-7记载的用化学试剂处理聚丙烯腈纤维，使其具有易去污功能的方法；长效抗菌、健身、芳香型纤维织物的生产方法，中国专利公开号为CN-1123349公开地用亲水整理剂使织物具有易去污功能的方法；CSR易去污整理剂的合成及应用研究，印染助剂，1996，(6)记载用CSR易去污整理剂进行织物整理的方法；棉针织内衣易去污整理工艺探讨，针织工业，2001，(6)记载的用整理剂进行织物整理的方法；Hydrophilic-Hydrophobic Block Copolymerization andApplication to Soil-Release Fextile Finishing，S.Kubota，H.Miura，Y.Tsujimoto，T.Watanuki，International Symposium inWakayama on Dyeing and Finishing of Textiles，p.268(December 1，1998)记载的用亲水-疏水嵌段共聚物对织物进行易去污整理的方法；“污れ”はヤツカイなもの(上)—新レいSG，SR加工方法，加工技术，1996，31：(6)：p392-397记载的水溶性丙烯酸类易去污整理剂等。用整理剂进行易去污加工，不仅工序繁琐，成本高，而且在整理剂的制备及其织物整理过程中产生大量污染物，不利于环保。
羊毛作为一种天然纤维，由于其手感柔软、质地坚牢、并具有良好的卷曲弹性和保暖性，光泽自然柔和，一直是比较高档的纺织原料，深受广大消费者的喜爱。但因受到其缩绒性的影响，羊毛织物通常采用干洗的方法，因此易去污整理尚未得到充分的发展，但随着人们环保意识的提高和机可洗羊毛织物的大量出现，人们对易去污性的要求会越来越高。
本发明者们于2002年申请了织物易去污处理方法，技术方案是采用低温等离子体对织物进行处理(中国专利申请号02120875.1)。但羊毛与其他纤维不同，因其特殊的鳞片结构而具有毡缩性，容易在洗涤时发生毡缩现象。因此，本发明人进一步对羊毛的易去污性能进行了专门的研究，以期解决羊毛织物的易去污问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种表面具有纳米结构的羊毛纤维用途，用于制备易去污羊毛织物，以解决羊毛织物在洗涤时发生毡缩现象，及用整理剂进行易去污加工时工序繁琐，成本高、污染环境等问题。
本发明的另一目的在于提供一种纤维表面具有纳米结构的易去污羊毛织物。
本发明的再一目的是提供一种不使用任何化学试剂制备纤维表面具有纳米结构的羊毛纤维的方法，该方法是通过低温等离子体这种干式处理工艺在羊毛纤维表面构造纳米级凹凸结构，以及使羊毛纤维表面产生亲水性基团来实现。
本发明人通过研究发现，用某特定范围内条件的低温等离子体对羊毛进行处理，可在羊毛纤维表面形成纳米级凹凸结构，并使羊毛纤维表面产生亲水性基团，这种微观上的物理化学改性在宏观上表现出不仅使羊毛具有优异的易去污性能，而且在洗涤时不容易毡缩。
本发明通过用低温等离子体这种干式处理工艺对羊毛纤维表面进行物理与化学改性，首先在羊毛纤维表面构造纳米级凹凸结构，大大增加羊毛纤维的比表面积，提高纤维之间的抱合力，使羊毛织物在洗涤时不容易发生毡缩和变形，同时在羊毛纤维表面产生亲水性基团，这些亲水性基团在洗涤时容易亲和洗涤液，包覆污物，从而达到易去污的目的。
当利用低温等离子体处理织物时，低温等离子体中含有的离子、激发态分子、自由基等多种活性粒子与纤维表面进行各种相互作用。该处理会对纤维表面产生侵蚀作用，其原因大体上有两种：一种是等离子体中的电子、离子等粒子撞击纤维表面的溅射侵蚀。另一种是等离子体中的化学活性种对纤维表面的化学侵蚀。就是这两种侵蚀作用使羊毛纤维表面产生纳米级凹凸结构。同时低温等离子体处理能有效地使纤维表面层产生大量自由基，该自由基接触到空气后便转换成羧基、氨基、羟基等亲水性基团。
本发明的表面具有纳米结构的羊毛纤维的用途，是用于制备易去污羊毛织物，所述的纳米结构的形状是纳米级凹凸形状。
本发明的纤维表面具有纳米结构的羊毛纤维，是指在羊毛纤维表面具有纳米级凹凸形状的结构，其纳米级凹凸结构的形状有多种多样，其凹或凸处的直径或宽为30～200nm。
本发明的纤维表面具有纳米结构的羊毛纤维的制备方法是，将羊毛纤维放入低温等离子体处理腔内，然后将处理腔内的压力抽至小于或等于10Pa，通入非聚合性气体调节处理腔内的压力为10～170Pa，优选26～130Pa，更优选26～85Pa；然后对处理腔内放置的电极施加电压，进行低温等离子体处理；功率是10～300W，优选30～200W，更优选50～100W，处理时间1～60min，优选1.5～30min，更优选5～20min。
在低温等离子体处理时，若真空度过低，电子的平均自由程小，电子在一个碰撞周期内从外电场获得的能量小，因而能量高到足以激发电离气体分子或原子的电子数目少，等离子体氛围中活性粒子的数目少，能量低，作用于羊毛表面后的效果差；若真空度过高，气体稀薄，粒子数目本身就少，可用于激发、电离生成活性粒子的粒子数目就更少，因而作用于羊毛表面的粒子数量少，两个相反因素使得当真空度适中时，才可获得最佳的处理效果。低温等离子体处理时，若放电功率太小，则所需处理时间过长；功率若太大，放电不稳定，反应不好控制。处理时间若过短，起不到效果；若过长，对纤维损伤较大。
所述的通入的气体是空气、氧气、氮气、二氧化碳、氩气、氦气、氨气等非聚合性气体或它们的任意混合气体。但从操作的简易性和成本考虑优选使用空气。
本发明利用表面具有纳米结构的羊毛纤维制备易去污羊毛织物，是充分利用了羊毛纤维表面构造的纳米级凹凸结构，由于该结构大大增加了羊毛纤维的比表面积，提高了纤维之间的抱合力，所以使羊毛织物在洗涤时不容易发生毡缩和变形，同时在羊毛纤维表面产生亲水性基团，这些亲水性基团在洗涤时容易亲和洗涤液，包覆污物，从而达到了易去污的目的。本发明不使用任何整理剂，无废水排放、无环境污染、并可节约能源，具有显著的经济效益和社会效益。
附图说明
图1比较例1未处理羊毛纤维的电子扫描显微镜照片。
图2实施例1经处理羊毛纤维的电子扫描显微镜照片。
图3羊毛纤维的X-射线光电子能谱
(a)比较例1未处理；(b)实施例1低温等离子体处理后羊毛纤维。
图4羊毛纤维表面的C1s光谱
(a)比较例1未处理；(b)实施例1低温等离子体处理后羊毛纤维。
图5比较例1未处理羊毛织物的易去污试验照片。
图6实施例1经处理羊毛织物的易去污试验照片。
下面结合实施例和比较例进一步说明本发明，但本发明并不局限于此。
具体实施方式
实施例1
将羊毛纤维放入低温等离子体反应室内，抽真空，当反应室内压力达到4Pa时开始通入空气使反应室内真空度平衡在26Pa，然后进行辉光放电，用100W功率进行30min的放电处理，在纤维表面形成纳米级凹凸结构，其凹处的直径或宽为30～200nm，用于制备易去污羊毛织物。
实施例2
将羊毛纤维放入低温等离子体反应室内，抽真空，当反应室内压力达到7Pa时开始通入氧气使反应室内真空度平衡在160Pa，然后进行辉光放电，用50W功率进行60min的放电处理，在纤维表面形成纳米级凹凸结构，其凹处的直径或宽为30～200nm，用于制备易去污羊毛织物。
实施例3
将羊毛织物放入低温等离子体反应室内，抽真空，当反应室内压力达到7Pa时开始通入氦气/氮气(体积比为6/4)使反应室内真空度平衡在67Pa，然后进行辉光放电，用300W功率进行1min的放电处理，在纤维表面形成纳米级凹凸结构，其凹处的直径或宽为30～200nm，得到易去污羊毛织物。
比较例1
取一块羊毛织物，不进行任何处理。
纤维表面结构分析
使用JSM-6700F型电子扫描显微镜观察羊毛表面结构。
比较图1与图2可以知道，经低温等离子体处理后的羊毛纤维表面产生纳米级凹凸结构，其凹处的直径或宽为30～200nm。该凹凸结构将大大增加羊毛纤维比表面积，增加纤维间的抱合力，减少纤维之间的摩擦。
X-射线光电子能谱(XPS)分析
采用VG公司生产的ESCALAB 220-IXL型X-射线光电子能谱仪记录不同样品的信号。
由图3的XPS图的峰值计算的羊毛纤维表面的元素组成比示于表3。
表3 元素比 O/C N/C S/C 未处理 经处理 0.16 0.46 0.10 0.21 0.04 0.08
从表3可以看出，经处理后的羊毛织物表面与未处理时相比，其O/C、N/C、S/C值增加到2～3倍，说明极性增强。
从图4的C1s图中可以看出，经处理后的羊毛织物表面的羧基、羰基等碳-氧键大大增加。就是这些活性基团在洗涤时容易亲和洗涤液，包覆污物，从而达到易去污的目的。
易去污性试验
本发明织物与未处理羊毛织物按照中华人民共和国纺织行业标准FZ/T10012-1998沾污后，在同一洗涤液中一起揉搓洗涤。图5为未处理羊毛织物经20次揉搓后自然干燥的结果，图6为本发明羊毛织物同样经20次揉搓后自然干燥的结果。
比较图5和图6可以看出，本发明羊毛织物经20次揉搓便洗掉污点，且周围非常白净，而未处理织物经20次揉搓后还留有明显的污点，而且整个织物周围都沾污，该未处理羊毛织物经300次揉搓仍有明显的污点，而且织物严重毡缩变形。试验说明，本发明羊毛织物具有优异的易去污性，并且在洗涤过程中不易毡缩变形。
耐洗牢度测试
把在实施例1中得到的羊毛织物放入40℃的4g/L皂液中，浴比1∶50，每隔10min搅拌30s，30min后取出，用清水冲洗两次，自然凉干。进行同样的易去污性试验，其结果效果仍然优异。