一种羊毛针织物的常压射流等离子体湿法防毡缩方法.pdf

一种羊毛针织物的常压射流等离子体湿法防毡缩方法属于新型的羊毛防毡缩整理方法，具体利用常压射流等离子体（APPJ）对湿态的羊毛进行表面改性。在基本不影响羊毛的力学性能和染色牢度的前提下，这种湿法处理工艺能强化APPJ对羊毛鳞片层的刻蚀，降低羊毛鳞片的静态与动态定向摩擦效应，可使羊毛针织物达到毡缩率低于8.0%的机可洗标准，还可改善活性染料对羊毛针织物染色的表观染色深度。本发明所述的APPJ湿法处理具有对环境要求低、加工处理简便以及对纤维损伤小等特点，将有利于提高APPJ对高回潮率毛纺织品的处理效果，有利于减少实际应用中对羊毛湿加工的限制，从而为这一发明的工业化推广应用提供便利。

1.  一种利用常压射流等离子体进行羊毛湿法防毡缩的方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤1 将羊毛纺织品使用溶剂震荡预处理，去除表面残留的污染物和其他有机杂质。
步骤2  利用射流等离子体（APPJ）技术对羊毛试样进行处理。
步骤3  按照国家或行业标准，对试样的力学性能、防毡缩性能和染色性能进行测试。

2.  根据权利要求1所述的一种利用常压射流等离子体（APPJ）进行羊毛湿法防毡缩的方法，其特征在于：步骤1所述试样按照以下方法平衡调湿，干态织物：温度20±1 ℃，湿度10±1 %，平衡48 h以上；湿态织物：温度20±1 ℃，湿度98±1 %，平衡48 h以上；水浸织物：温度为20±1 ℃，试样浸泡在水中48 h以上，密封放置备用。

3.  根据权利要求1所述的一种利用常压射流等离子体（APPJ）进行羊毛湿法防毡缩的方法，其特征在于：步骤2所述的常压射流等离子体的处理条件为：
功率为150 W；
被处理羊毛表面距离出口高度为5.0 mm；
处理速度为12.0 mm/s。

4.  根据权利要求3所述的一种利用常压射流等离子体（APPJ）进行羊毛湿法防毡缩的方法，其特征在于：喷头形状尺寸为长100 mm、宽2 mm的长方形结构，工作气氛为氦气、氧气的混合气体，且气体的流量和比例调节控制为30.0/0.4 L/min（He/O₂）。

5.  权利要求1～4所述的一种利用常压射流等离子体（APPJ）进行羊毛湿法防毡缩的方法，其特征在于：可对湿态羊毛的各种纺织品类型进行处理，包括纱线及针织产品等。

6.  权利要求1～4所述的一种利用常压射流等离子体（APPJ）进行羊毛湿法防毡缩的方法，其特征在于：湿态羊毛处理后纤维的表面鳞片受到一定程度的刻蚀，降低了羊毛鳞片的定向摩擦效应，但对其力学性能几乎没有影响。

7.  权利要求1～4所述的一种利用常压射流等离子体（APPJ）进行羊毛湿法防毡缩的方法，其特征在于：湿态羊毛处理后织物的防毡缩效果明显提高，达到了“机可洗”的要求，同时改善活性染料的表观染色深度。

一种羊毛针织物的常压射流等离子体湿法防毡缩方法
技术领域
本发明涉及一种利用常压射流等离子体对湿态的羊毛进行表面改性，属于羊毛防毡缩后整理的技术领域。
背景技术
羊毛纤维表面鳞片层的定向摩擦效应（DFE），会使毛纺织品在洗涤过程中发生毡缩现象，严重影响其外观、手感、易护理性能和服用性能。因此，降低毛纺织品毡缩性的重点是减小羊毛的DFE，目前主要采用化学法或物理法整理。典型的化学法是氯化赫可赛特树脂整理，其防毡缩效果显著，但工艺繁琐，产生的可吸附有机卤化物（AOX）会危害健康和环境。
近年来，以低温等离子体技术为代表的物理法在纺织领域中的应用倍受关注，特别是常压等离子体技术，由于对环境要求低、加工处理简便、对纤维损伤小与节能环保等，在实际生产中更具应用潜力。常压等离子体仅在纤维表面550 nm内发生刻蚀，并在纤维表面激发产生新的活性基团，可降低羊毛的DFE，不仅能提高毛纺织品的防毡缩性能，而且能改善其吸湿性能、抗静电性能与染色性能。
目前除常压介质阻挡放电等离子体（DBD）与常压辉光放电等离子体（APGD）外，常压射流等离子体（APPJ）逐渐成为纺织领域的研究热点，例如Hatice Aylin Karahan和AlbertoCeria等人将APPJ用于羊毛织物的防毡缩整理，但很少能使羊毛针织物达到“机可洗”标准的报导。其次，由于羊毛纤维具有较高的回潮率，并且需要进行洗毛等湿加工，因此，水分或环境湿度对APPJ处理羊毛织物的影响至关重要，但至今尚未有此方面的研究。
发明内容
本发明提供一种将常压射流等离子体（APPJ）技术应用于湿态羊毛针织物的整理方法，能显著降低羊毛针织物在洗涤时因毡缩而产生的尺寸变化，从而提高羊毛针织物的附加值。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案，具体步骤包括如下。
 步骤1 将羊毛试样用酒精震荡清洗10 min，用蒸馏水清洗，恒温恒湿（温度20℃，湿度65 %）平衡24 h以上，作为原样备用。
步骤2  使用射流等离子体（APPJ）对羊毛进行表面处理。
步骤3  按照行业标准FZ/T 70009-2012，对试样进行防毡缩性能评价。
所述步骤1中的试样包括纱线及针织物等羊毛制品。
所述步骤2中可以处理不同含湿量的羊毛试样，包括干态纺织品，湿态纺织品和水浸纺织品。
所述步骤2中发生APPJ的工作气氛为氦气（He）、氧气（O₂）的混合气体。经过优化，所述步骤2中APPJ放电功率为150 W，处理速度为12.0 mm/s，试样距离出口高度为5.0 mm，He/O₂控制在30.0/0.4 L/min。
所述步骤3中测试防毡缩性能的行业标准FZ/T 70009-2012为《毛纺织产品经洗涤后松弛尺寸变化率及毡化尺寸变化率试验方法》，结果由认证资质的第三方权威检测机构鉴定提供。
根据以上的技术方案，可以实现以下有益效果：APPJ处理可在室温常压环境下进行，对羊毛力学性能影响不大；水分对APPJ处理羊毛表面微观形态影响较大，湿态的APPJ处理对鳞片的刻蚀效果尤为显著，对羊毛的静态与动态定向摩擦效应作用明显；与原样相比，APPJ的处理能提高毛针织物的尺寸稳定性，减弱织物的毡缩性，尤其是湿态APPJ处理的针织物，基本达到了毡缩率小于8.0 %的机可洗的标准；湿态的APPJ处理可以改善羊毛针织物的染色性能，但不影响其耐皂洗牢度。本发明将有利于提高APPJ对高回潮率毛纺织品的处理效果，有利于减少实际应用中对羊毛湿加工的限制，从而为这一发明的工业化
推广应用提供便利。
附图说明
图1为湿度对APPJ处理羊毛试样扫描电镜图（SEM）的影响，其中：(a) 原样织物未经APPJ处理；(b) 干态织物的APPJ处理；(c) 湿态织物的APPJ处理；(d) 水浸织物的APPJ处理。
图2为湿度对APPJ处理羊毛试样力学性能的影响，其中：(a) 试样的断裂强力变化；(b) 试样的断裂伸长率变化。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。以下是对具体材料处理的实施例。
实施例1。
干态羊毛纺织品的等离子体处理。
羊毛纺织品在温度20±1 ℃和湿度10±1 %的条件下平衡48 h进行调湿后，将试样均匀平铺在操作台上，在常压下分别对其正反两面都进行等离子体处理，每面处理1次。调节等离子体发生器参数：放电功率为150 W，处理速度为12.0 mm/s，试样距离出口高度为5.0 mm，He/O₂控制在30.0/0.4 L/min。
实施例2。
湿态羊毛纺织品的等离子体处理。
羊毛纺织品在温度20±1 ℃和湿度98±1 %的条件下密封放置48 h进行平衡调湿后，将试样均匀平铺在操作台上，在常压下分别对其正反两面都进行等离子体处理，每面处理1次。调节等离子体发生器参数：放电功率为150 W，处理速度为12.0 mm/s，试样距离出口高度为5.0 mm，He/O₂控制在30.0/0.4 L/min。
实施例3。
水浸羊毛纺织品的等离子体处理。
羊毛纺织品浸泡在蒸馏水，在温度20±1 ℃的条件下密封放置48 h进行平衡调湿后，将试样均匀平铺在操作台上，在常压下分别对其正反两面都进行等离子体处理，每面处理1次。调节等离子体发生器参数：放电功率为150 W，处理速度为12.0 mm/s，试样距离出口高度为5.0 mm，He/O₂控制在30.0/0.4 L/min。
本发明实施效果。
（1）处理羊毛表面的微观形貌
对按照实施例1、例2和例3处理的不同含湿量的试样，使用扫描电镜（JSM-5600LV Model，日本电子光学公司）对APPJ处理前后羊毛纤维的表面进行微观形貌分析，将试样在真空条件下喷金后，放大倍数5000倍观察。
APPJ的SEM如附图图1所示。
从图1中的(a)~(d)可以看出，原样鳞片清晰可见，边缘完整，棱角分明，鳞片重叠覆盖形成阶梯式结构；经等离子体处理后，纤维表面受等离子体刻蚀作用，表面出现大量微坑和微小斑痕，其中干态羊毛表面鳞片出现大量的碎片或明显裂纹；湿态羊毛鳞片钝化明显，边缘趋于平覆，与纤维主干差异减小；水浸羊毛鳞片梢部和根部难以辨认，梢端翘角不在，表面趋于平滑。
对采集的SEM图像进行预处理和二值化分割后，用Image J图像分析软件对羊毛纤维的形态特征参数进行定量分析。选取相邻两个鳞片游离缘之间的距离作为鳞片高度，并根据羊毛纤维的细度、鳞片高度、鳞片面积、鳞片周长，鳞片角角度等计算鳞片标准周长（鳞片周长/纤维细度）和鳞片标准面积（鳞片面积/纤维细度），表征结果见表1。
表1  不同湿度下APPJ处理羊毛鳞片层定量表征结果。

 从表1可知，随着羊毛含湿量的增加，经过APPJ处理后，原来鳞片结构逐渐破坏，鳞片面积和鳞片高度都会减小，鳞片边缘越来越不规则，因此数据结果与SEM的直观观察情况一致。
（2）处理羊毛纤维的定向摩擦效应。
利用Y151型纤维摩擦系数测定仪（常州市第二纺织仪器厂）测定APPJ处理前后羊毛纤维的动静摩擦系数和定向摩擦效应，计算如公式1和公式2所示，其中μ为摩擦系数；f₀为张力夹质量，200 mg（羊毛纤维卷曲数较多）；m为测试动静态摩擦系数值时的扭力天平上的读数值，单位为mg；μ₂逆鳞片摩擦系数；μ₁顺鳞片摩擦系数，测量10次其求平均值，测定结果见表2；
       公式1
                   公式2。
表2  湿度对APPJ处理羊毛试样摩擦性能的影响。
审视表2，当用静态或动态摩擦系数表征羊毛的DFE时，与原样相比，经APPJ处理后，干态、湿态与浸水羊毛的DFE均有所下降，并且湿态织物的静态DFE及动态DFE均比干态 织物的要小，而湿态和浸水处理两种调湿方式的静态DFE及动态DFE差异甚微。

（3）处理羊毛纱线的力学性能。
参照GB/T 3916-2013《纺织品 卷装纱 单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》（CRE法），在单纱强力机（莱州市电子仪器有限公司）上进行断裂强力和断裂伸长率的测试，拉伸距离为500 mm，拉伸速度为500 mm/min，对羊毛纱线（32/2纯毛纱线，新疆金塔毛纺织有限公司提供），测20次求平均值，结果如附图图2所示。
由图2中（a）和（b）可以得出，湿度对APPJ处理羊毛试样力学性能的影响较小。
 （4）处理羊毛针织物的防毡缩性能。
参照FZ/T 70009-2012测试标准及方法，测试结果由第三方检测机构ITS（天祥质量技术服务有限公司）提供，如表3所示。
表3 不同含湿量条件下APPJ处理前后试样的毡缩率变化。

通过表3可知，与原样相比，单层纬平羊毛针织物（190 g/m²，新疆金塔毛纺织有限公司提供）经APPJ处理后，干态、湿态与浸水试样的横向或纵向尺寸变化率以及毡缩率明显下降，尤其是APPJ处理的湿态针织物，防毡缩效果最佳，达到了国际羊毛局规定的防毡缩标准（8.0 %以下），处理的羊毛织物具有“机可洗”的效果。
（5）处理羊毛针织物的染色性能。
用LANSOL 红6G对原样和湿态APPJ处理的羊毛针织物进行染色，采用计算机测色系统（Hunter Lab UItrascan PRO）测定织物处理前后的K/S、L*、a*、b*、C*、h等颜色特征值；染色牢度测试参照GB/T 3921-2008《纺织品 色牢度试验耐皂洗色牢度》，结果由权威的第三方检测机构（中纺工业检测中心）鉴定提供，测试结果见表4所列。
染色工艺如下：染料2.0 %（对织物重，owf），元明粉5.0 %（owf），羊毛渗透剂Y-228 2.0 %（owf），HAc 2.0 %（owf），浴比1：40，40 ℃入染，以1 ℃/min的升温速度至90 ℃，保温60 min，水洗，皂洗，水洗，烘干。
表4 湿度对APPJ处理羊毛试样染色性能的影响。

审视表4，与原样相比，湿态APPJ处理羊毛染色的K/S值提高，明度L*降低。因此，湿度有利于提高APPJ处理羊毛的深染性。另外，湿度对APPJ处理的耐皂洗牢度影响不大。