【集萃网观察】纺织品及纺织品化学加工自上世纪九十年代以来在积极的环境保护、提高人类生活质量和可持续发展技术等因素的促进下,不断取得明显的发展。如开发新的原料可再生的生物可降解纤维,表征它们的性能,研究纺织染整加工方法以及开发它们的用途;为了人体健康和使人类拥有清洁舒适的生活空间,除禁止使用有伤害性的化学加工用剂外,一些有利提高人类生活质量的纺织品也得到广泛研究;消费者期望得到性能不断更新、创新的纺织用品,促进了天然纤维和化学纤维制品的印染后整理技术的发展;近代技术在传统产业中的应用,如数字印花技术的应用;技术纺织品的发展促使纺织工业向其他工业领域渗透等等,不胜枚举。
这一蓬勃发展的事实,说明纺织工业在人类生活和国民经济中地位的重要。
下面准备就七个方面介绍纺织品的一些发展动态。
一、有利人类健康的纺织品
服装与人类生活紧密相关,近年来国际上利用生理学和心理学的研究结果,提出从舒适、清洁、安全和医疗效果几方面来研究开发有利人体健康和使人类拥有舒适生活环境的服装面料。
(1)舒适
衣服穿在身上感到舒服的要点,除形态安定外,还有衣服和皮肤间的小环境,衣服给人体的压力以及皮肤接触衣服的感觉等。
天然纤维有许多合成纤维无法相比的优点,如吸湿、吸水性和透气性优异。正由于它们的吸水性带来易产生收缩和折皱的缺点,有许多熟知的提高形态安定的方法,如预缩,丝光,液氨处理,交联处理,涤/棉混纺及物理方法等来提高纤维素纤维织物的形态安定性,对羊毛织物除缩水外还有防毡缩问题。合成纤维吸水性差,使它们具有优异的形态安定性能,但触觉很差,不能与天然纤维比。近来开发的复合纤维织物(Composite-Fiber Fabrics),既具有形态安定的性能,并且触觉与天然纤维织物相当。
人们感到舒适的衣服与皮肤间的小环境温度约32±1℃,相对湿度为60±10%。衣服应能起这样的作用,即根据外部环境的温度、湿度,是否有风、雨、雪或阳光等条件以及人的活动程度来促进或阻止热和湿的传递,使人体感到舒适。如天气寒冷时的保暖衣服,雨天穿的透湿防水衣服以及天气炎热时吸汗快并快干的衣服等具备这种功能。
保暖抗寒的措施很多,最简单的方法是增加衣服的层数。防风的服装,常选用皮革作为面料,因它不让风透入,也不让人体的热量透出。与此相似可从提高纱密的途径制成不透风织物,许多外套是用这种面料做的。低导热性服装面料,可考虑织物结构中能允许多层呆空气存在。毛皮或起毛织物是理想的御寒面料。中空合成纤维不仅比重轻,而且在纤维内含有呆空气,保暖性好。天然纤维多为导热性低的纤维,羊毛织物中因能保留许多呆空气,因此广用于做冬季服装。但以上这些方法起的作用仅仅是抗寒。下面介绍两种利用远红外辐射类型的陶瓷主动加热的方法。一种方法是将吸收的阳光转变为远红外射线,帮助提高衣服内的温度;另一种是人体辐射热的再利用和阻止散失来提高热量保留效果。近来较引人注意的是利用吸收热的方法,即利用纤维中的亲水性基团吸收水汽时产生的水化热,所产生热量的多少决定于空气中的水汽量和纤维中亲水性基团的数量。 为了节约能源,日本政府要求各公司夏季办公室内空调保持的最低温度为28℃,这就需要提供适合于在该温度下仍能比较舒适工作的衬衫面料。这种面料的结构应能快速吸汗,并且快速将所吸的汗传递到衣服外面快速蒸发。
如果服装面料只有很小的拉伸性,那么对皮肤就产生压力,这就是所谓的衣服压力。衣服对人体产生的压力虽然因部位而异,但在任何情况下,只要达到一定的程度,就会使人感到不舒服。具有很好的拉伸性的面料就能使衣服紧贴皮肤不松弛,同时不使皮肤感到有拉力。
具有拉伸性能的织物,近来很快地在扩展市场。服装愈能跟随人的活动而变动,人的感觉也就愈舒服。近代解决织物拉伸性的方法是应用氨纶。最早用于针织运动服、连裤袜等,后来在休闲服装如牛仔服面料中广泛应用。一般的服装用氨纶开始于10年前,评价很好。但氨纶的价格高,因此又有将价格较低的双组分长丝纱用于不需要太强拉伸性的服装,如妇女的服装。其他弹性纤维也在进一步研究,其中之一为PTT(polytrimethylene terephthatate 聚对苯二甲酸丙二(醇)酯纤维。
(2)清洁
清洁对日常健康生活和医院的交叉感染非常重要。清洁纺织品有以下几种:
①抗菌/防臭面料,从阻止细菌生长来防止产生臭味。细菌中有许多是对人类有益的,但有害的也不少,去除有害微生物对保持舒适的生活环境十分重要。对付纺织品上存在的微生物,早期的方法是彻底地清洗或沸煮。五十年代初开始采用含重金属的化学药品对纺织品进行整理,使化学药品作用于细菌的方法,但由于效果不耐水洗以及重金属对人体有害而很快被淘汰了。于是接连研究只对细菌作用而几乎不伤害人体的整理用剂,并要求整理效果耐洗。现代所用的整理剂属于这种类型。
②控制微生物在纤维上的生长。抗菌/防臭产品的广泛应用,导致开发控制有害微生物在纺织品上快速繁殖的整理。由于新细菌如抗青霉素的葡萄球菌属细菌的出现,对一些纺织品抗菌的目的不仅限于除臭,还要防止有害细菌的繁殖。特别是医院用纺织品,由于患者抵抗力很差,易被细菌感染。因此控制有害微生物,除日常生活和保健用纺织品需要外(特别是进入老龄社会),重点是防止医院内的感染。医生、护士穿的工作服,如果经过整理,即使附有上述细菌,也能使由于医生、护士接触病人导致的感染降至最低。病菌易在湿、热环境繁殖,病床上因病人出汗和散发的热量,使成为病菌繁殖的最佳条件,因此不仅病人的衣服,同时床单若都经抗菌/防臭或控制微生物繁殖的整理,那么对防止并发其他病症是非常重要的。日本纺织品功能评价协会(JAFET)制订了测试方法和标准。
2000年美国AATCC国际学术年会和展览会上,抗微生物整理剂和整理品引人注目。
③除臭材料,用化学或物理方法改变或吸附有害物质
④抗螨虫材料
⑤易去污材料
(3)安全
属于这类的纺织品是:具备优良的抗静电和导电性能,以防止静电的损害;阻燃材料以及电磁波屏蔽材料等。
阻燃要求随纺织品用途不同而异。一般服装并不太要求阻燃性,但对学前儿童和老人的服装就不同,通常应阻燃,有的国家已强制这类服装必须阻燃;床上用品的阻燃要求较高;室内装饰材料,特别是窗帘布绝大部分要求阻燃,地毯也如此。有些场合的工作服一定要阻燃,特别是消防队员的,他们的灭火工作繁重、危险,工作环境恶劣,因此需要效果极好的阻燃织物,但又不能太闷热以免影响活动能力。
(4)医疗效果
由于人们经常处于压力和心不定状态,因此促使研究开发能使穿着者感到放松的纺织品。有两种主要途径:①将金属和天然材料揉和到纤维里或在整理时加到纤维上。这种材料能增进人们的活动和健康。但它反映在生理上的效果很难测定。②考虑自然律动,造成松弛的感觉,主要从视觉效果达到。
二、不断发展的棉织物后整理
在与新的合成纤维竞争中,棉仍以其优良的性能,拥有很强的市场。这主要是由于印染后整理研究开发工作的创新和改进。
美国棉业公司近来发表通过功能整理来提高性能进行创新,新概念功能整理最重要的是易去污和拒污,拒水,控制含湿,抗微生物,拒沾污,防紫外和其他的如加香织物等。增进织物和衣服性能的方法很多,有物理法、化学法,或两者的结合。下面列举一、二。
① 利用微小喷嘴喷出的高能量水冲击织物,使纱松弛并与邻近的纱产生纠缠。就能得到膨松和增加覆盖度的效果,并能提高耐磨性,减少起球,降低缩水率等。如果两层织物以上,就能得到层压效果,织物也可与纤维网叠压。设备上对喷嘴进行不同安排可得到不同的效果。如对牛仔布加工时,全门幅喷嘴的设备可获得均匀的褪色效果;要得到一条如针那样细的褪色条,只要安装一个小喷嘴等。
② 衣服家庭洗涤护理的改进,例如能在家中洗涤只能干洗的服装,使降低褪色等。 三、纺织品的表面处理
因为新纤维和织物进入市场,同时顾客要求产品面貌更新,促使表面整理技术作为一种高技术发展起来。
总体趋势是要求较轻织物具有精细的表面,并且手感非常柔软,通常采用仿麂皮工艺。
装饰布工业仍然要求装饰用织物具有柔软手感和吸引人的表面效果。 四、地球友好纺织品
纺织技术用于环境保护以建造舒服的生活环境方面,主要有以下一些内容。
(1)保持水的清洁
利用中空纤维净化水,海水脱盐和家庭用水的净化。
(2)阻止向海洋排污
用油防护栏,将油、水分离;利用膜防海水被沾污。
(3)防止向大气排污
用过滤袋收集灰尘,净化空气等。
(4)开发替代石棉纤维的纤维
(5)纺织产品的再循环
新的方法有:
热再循环,利用废弃纺织品燃烧时产生的热量发电。
化学再循环,用化学方法将材料回复为原来的原料成分,如尼龙-6的循环利用。
材料再循环,将材料加热熔融后,制成新产品。PET瓶熔融后制成PET短纤维或长丝再利用,便为一例。 (6)生物可降解纤维 五、Lyocell纤维织物
Lyocell纤维目前由Acordis Group和Lenzing AG,Lenzing,Austria两家公司生产,短纤维的名称分别为Tencel和Lenzing lyocell,长丝的名称为New Cell。
Lyocell的性能独特,它像真丝那么细,像尼龙那么坚牢,像PET那么耐洗,像棉那么天然。Tencel以高的干强和湿强著称,纤维素纤维中它是第一个湿强超过棉,干强与聚酯纤维接近的纤维。Tencel可以与许多种纤维混纺制成混纺纱,其中以与棉或聚酯纤维混纺为主。在许多新的混纺面料中,Tencel这一组分主要起舒适的作用。混纺织物可以由不同纤维的纱混合纺织,也可由纤维混纺纱制成。织物的性能以后面的方法为佳。
关于Lyocell纤维织物的纺织染整加工的研究在不断深入,如:
① 研究织物的组织结构,目的是提高易护理性,在后整理时可减少交联剂的用量。
② 开发连续平幅加工的染整加工工艺,以降低加工成本,可能得到更广泛的应用。
③ 酶处理Lyocell织物,去除原纤的机理。
④ 开发新用途,如用于制造复合材料。 六、聚乳酸纤维
为了环境保护和固体废弃物处理,人们需求生物可降解的聚合物。因而对生物可降解的成纤聚合物的研究也得到了全世界的重视。理想的生物可降解聚合物被定义为在微生物作用下能完全降解为CO2和H2O。
聚乳酸是一种符合上述要求的聚合物,也是新进入纺织界的生物可降解脂肪族聚酯。它的最重要的两个特征是:原料,乳酸,几乎可以从任何富含糖类(碳水化合物)的可再生天然物质发酵制得,如从食品工业的副产物制取则成本可降低;聚乳酸可被水解和生物降解,即主链的酯键在酶的作用下水解生成乳酸及其齐聚物,生成物再由土壤和海洋生物代谢。由于原料可再生,聚合物可降解的特征使聚乳酸受到人们的重视。同时聚乳酸又被归类为水敏感型聚合物,这是因为它具有在水中缓慢降解的性能,有别于水溶性聚合物或水溶胀型聚合物。
(1)从乳酸单体制备聚乳酸
乳酸有两个光学异构体(对映体),分别称为L-乳酸和D-乳酸(图1)。用典型的发酵法可得到以L-乳酸为主(99.5%)的产物,D-乳酸虽不如L-乳酸普遍,但也可用发酵法制得。乳酸的环状二聚物中间体称为丙交酯,可能有D-,L-,和内消旋-丙交酯三种结构(图2) 图1 L-乳酸和D-乳酸 用乳酸单体制备聚乳酸主要有两种途径(图3):①直接缩聚法,需用溶剂和高真空条件脱水;②温和条件下脱水生成丙交酯中间体,由丙交酯开环聚合,不用溶剂 图3 聚乳酸的制备途径 途径②制备可得到异构体比例不同、分子量不同的系列聚合物,示意图见图4。 用L-比例高的聚合物可以制得结晶化合物,然而D-含量高的材料是无定型的。图5所示是聚乳酸的定向络合物,它是由高L-和高D-的聚合物混合熔融后得到的产物,熔点约为210℃,比单独D-或L-的聚合物高25℃。正在研究将该技术用于纤维。 (2)聚乳酸纤维
聚乳酸的一些性能,如亲水性比PET高,密度低于PET,手感和悬垂性优异,加工性能很好,能用分散染料染色,非常好的卷曲性能和保持力,能控制收缩和热粘合,结晶熔融温度范围120-210℃,强度可达6克/旦,不受UV影响,不易燃且少烟,折光指数低等,促使它被用以制造纤维和非织造材料。同时它们一些性能使它成为合成纤维和天然纤维之间的桥梁。
对应用聚乳酸纤维和织物有兴趣的领域在逐步扩大,如卫生、运动用品,时尚和休闲服装,室内装饰织物和户外织物等。因此相应地需开发聚乳酸纤维、纱、织物的染整加工,其中染色是重要的加工步骤。
从已进行的用分散染料染色的工艺研究的结果表明,恰当选择染料能获得水洗牢度非常好的深色至浅/中色染品。温度和pH值是关键工艺因素,如控制恰当就能获得所需颜色并且不影响纤维和织物的物理性能。 七、转基因技术的高性能纤维
蜘蛛丝是至今所知最强的生物材料之一,它的拉伸强度为400,000lb/sq in,比钢丝强10倍,比常用的芳纶强度高3.5倍。因此,从蜘蛛丝制造纤维的想法已有多年。从报导知,加拿大的Nexia生物技术公司,利用生物技术从蜘蛛里取出独特的重组蛋白质基因,将它们移植到非洲山羊的DNA中。这种羊的羊奶中含有蜘蛛丝朊,含量为2-10克/升,可被萃取纺成强度很高的纤维。 羊的产奶量每年每头250-500升,而牛的产奶量要高得多,约为每年每头7000-8000升。2000年有近7000吨芳纶用于制防弹材料。
从以上介绍的内容可以看出,生物、电子等近代新技术、学科交叉以及纺织工业的上下游结合,在纺织品和纺织品染整加工的近代进展成绩中起了重要的作用。 来源: 印染在线 作者:东华大学 周翔
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