液氨处理前后棉纤维的结构和性能

印　染(2003N o. 4) 　

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液氨处理前后棉纤维的结构和性能

Ξ

朱慧珍　黄小或　任小勇　周　翔　　东华大学化学与化工学院(200051)

摘　要　采用扫描电镜、X 2射线衍射仪、反相凝胶渗透色谱等方法测定了液氨处理前后棉纤维的形态结构、超分子结构, 并测试其力学性能。实验表明, 棉纤维经液氨处理后表面变得光滑; 结晶度降低, 部分纤维素I 转化成纤维素Ⅲ; 纤维内部尺寸较大的孔穴数量减少, 尺寸较小的孔穴数量增多; 某些物理机械性能得到改善。

叙　词:　液氨整理　棉纤维　结构　性能中图分类号:　TS1951513

1　前言

, , , 等。, 目前比较理想的方法是对织物进行液氨处理和交联处理[1]。液氨处理后的棉织物

3]

不易缩水、手感柔软, 且具有一定的抗皱性[2、。

目前世界上对由液氨处理所引起的纤维结构变化, 及其与织物性能之间关系的研究还不充分, 国内几乎没有进行。本文除对棉纤维的形态结构和结晶度进行测定外, 还着重对纤维的微孔结构进行了研究, 并联系到织物的部分物理机械性能, 以期能为液氨处理后织物性能的改善提供理论上的依据。

纤维内部微孔(孔穴) 的孔径只有几到十几个纳

5]

米[4、。反相凝胶渗透色谱法是一种研究微孔的方法, 它的优点在于能够测定微孔孔径及其分布。该方法的原理是利用已知不同尺寸的同系列溶质流经色谱柱时, 所需时间不同来测定的。当溶质分子比色谱柱填料中所有的孔穴尺寸都大时, 由于不能进入孔穴内,

。. 2. 2. 1　纤维形态结构

纤维纵向观察　用扫描电镜, 在放大5000倍的情况下观察。

纤维横截面观察　用哈氏切片器切制纤维的横截面, 在带有CCD 摄像仪的光学显微镜下观察。

2. 2. 2　纤维结晶度

将样品剪成粉末状, 压入样品架内, 用日本理学RIG A KUDMAX 2ⅢB 型X 2射线衍射仪测试, 旋转2θ, 得到X 2射线衍射曲线。主要测试条件为:Cu靶λ, =1. 5406≅, 电压37. 5kV , 电流40mA , 样品的结晶度

通过分峰法算得。

2. 2. 3　纤维微孔结构

(1) 装柱及进样

采用干法装柱。取洁净的色谱柱, 在其一端装上柱出口接头, 将打散的纤维从另一端均匀地装进柱内, 在4bar 的压力下用氮气压紧压匀, 把色谱柱装上仪器, 用三重蒸馏水淋洗一天左右至色谱柱稳定。

进样。将聚乙二醇系列标样分别配成浓度为1%的溶液。待柱稳定后, 每隔30min 进一只样, 每次进样量为10μL , 流速为0. 4mL/min 。

(2) 孔穴直径纤维素纤维内部的孔穴尺寸分布根据聚乙二醇系列标样的分子直径求得(见表1) 。表1中乙二醇分子量和分子量为194聚乙二醇的分子直径参考文献[2], 其他分子直径由参考文献[7]

中公式求得:

) ×d =6. 4×[(ηMw ][1/3]

Nelson 和Oliver [7]详细讨论了孔穴形状与能进入

只能在填料间隙中流动, 最先被淋洗出柱子; 尺寸稍小

的溶质分子, 能扩散进入填料中那些较大的孔穴, 因而较迟被淋洗出柱子; 而分子尺寸最小的, 可以进入所有的孔穴, 则最迟被淋洗出柱子。这样, 只要知道各溶质分子的淋出体积以及相应的分子尺寸就可以推算出填料的孔径分布[6]。

2　实验

2. 1　实验材料

40S ×40S 133×72纯棉斜纹漂白半制品(上海华

纶印染有限公司) 。液氨处理在江苏江阴康源印染有限公司液氨整理分厂进行, 织物浸渍液氨后, 加热除氨。为简便起见, 将未经液氨处理的纯棉斜纹半制品

该孔穴的分子尺寸之间的关系。他们认为, 如果纤维内孔穴为椭圆形, 则孔穴直径为分子直径的3倍。

Ξ博士点基金项目, 上海市重点学科, 上海市科学技术发展基金资助项目。

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　液氨处理前后棉纤维的结构和性能

表1　聚乙二醇系列分子直径以及相应的孔穴直径

标准样品乙二醇

重均分子量

[***********]04140印　染(2003N o.

4)

粘度

η

--0. 03100. 04050. 05350. 07560. 1203分子直径d

5. 512. 715. 018. 924. 833. 650. 7孔穴直径φ

16. 538. 145. 056. 774. 4100. 8152. 1子形, 存在明显的胞腔。经液氨处理后, 纤维的横截面变成椭圆形或圆形, 胞腔收缩, 胞壁增厚

。

聚乙二醇

　　(3) 孔穴体积

如果柱中纤维的干重为W , 则直径等于或小于d i 的分子能到达的单位重量纤维中的孔穴体积:

V i =(V r , i -V e ) /2. 式中:V r , i ——;

V e ; V i ———。

, 棉纤维的结晶度发生了变化。根

据液氨处理前后相应的X 2射线衍射图(如图3) , 用分峰法求得未处理棉和液氨棉各自的结晶度(见表2)

。

直径在d i -l 到d i 之间的分子能到达的单位重量纤维中的孔穴体积[8]:

ΔV i =V i -l -V i

2. 2. 4　织物物理机械性能

织物断裂强力和断裂延伸度按G B/T 3923. 121997标准测试。

织物折皱回复角按AA TCC 6621996标准测试。

图3　未处理棉和液氨棉的X 2射线衍射图

3　结果与讨论

由于液态氨分子能进入棉纤维内部, 使纤维的超

分子结构发生改变, 因此经液氨处理后, 棉纤维的形态结构、结晶度和孔穴尺寸都发生了变化, 相应地也影响到织物的物理机械性能。3. 1　形态结构图1是扫描电镜在放大5000倍情况下观察到的

液氨处理前后棉纤维纵向表面的形态结构。

表2　未处理棉与液氨棉的结晶度及晶型

样品未处理棉液氨棉

结晶度, %

73. 053. 3

晶型纤维素Ⅰ

纤维素Ⅰ+纤维素Ⅲ

　　从表2看出, 棉经液氨处理后, 结晶度下降明显, 说明液氨处理不仅会使无定形区溶胀, 还能破坏部分结晶区。从图3中可以发现, 纤维晶型也发生了改变。在液氨棉衍射色谱中, 除了纤维素Ⅰ的特征峰, 即对应

θ等于2θ为14. 8°、16. 3°、22. 6°的峰外, 在衍射角212. 1°和20. 6°处也有衍射峰, 这是纤维素Ⅲ的特征峰,

说明液氨处理会使部分纤维素Ⅰ转变成纤维素Ⅲ。

3. 3　微孔尺寸及其发布

根据不同尺寸分子所测得的V i , 求出ΔV i , 可知纤维内部不同尺寸范围的微孔含量, 如图4所示

。

图1　扫描电镜观察棉纤维纵向表面

从图1看出, 未处理的棉纤维表面粗糙, 存在许多明显的裂痕。经液氨处理后, 纤维表面变得比较光滑, 裂痕明显减少。

图2是在光学显微镜下观察到的液氨处理前后棉纤维的横截面。发现未处理棉纤维横截面呈耳形或腰

图4　未处理棉与液氨棉的纤维孔穴尺寸

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少, 尺寸较小的孔穴数量增多, 使得孔径分布趋于均

匀, 且纤维大分子链排列趋于紧密。这可能与折皱回复角的提高有一定关系。

参考文献

[1]　高　嵩等. 纯棉液氨抗皱免烫整理. 纺织导报,1999, (6) :

32～38.

[2]　Catherine V. Stevens ,Luis G. Roldan (-G onzalez ) ,Liquid

Ammonia Treatment of ,in of Fiber Sci 2and :Processing of fibers and Part A ,edited by phen B. Sello , Marcel Dekker , [3]　Christian Meyer , Improved textile wear properties through

the liquid ammonia process ,finishing , International Textile Bulletin ,1999,45(1) :68～71.

[4]　Noelie R. Boutonniere ,Accessible internal volume determina 2

tion in cotton , in :Modern textile characteriation methods , edited by Marcel Dehker ,1995,265～290.

[5]　Rowland SP ,Wade CP ,Bertoniere NR. Pore structure analy 2

sis of purified ,sodium hydroxide 2treated and liquid ammonia 2treated cotton cellulose ,J. Appl. Polym. Sci ,1984,29:3349～3357.

[6]　施和良编. 凝胶色谱法. 北京, 科学出版社,1980,1～14. [7]　Russell Nelson , Oliver Donw. Study of Cellulose Structure

and Its Relation to Reactivity ,J. Polym. Sci. C36,1971,305

从图4看出, 棉经液氨处理后, 直径在16. 5≅～

38. 1≅的孔穴增多; 在38. 1≅～74. 4≅的孔穴均有不同程度地减少; 74. 4≅～100. 8≅的孔穴明显减少; 直径大于100. 8≅的孔穴则基本消失。说明液氨处理会使棉的小孔穴增多, 而大孔穴减少。这意味着经液氨处理后, 棉纤维内部孔穴尺寸的分布范围变窄, 孔径分布趋于均匀, 因而纤维大分子链的排列应趋于紧密。3. 4　物理机械性能

液氨处理前后棉织物部分物理机械性能见表3。

表3　液氨处理前后棉织物的物理机械性能

样品未处理棉液氨棉

断裂强力平均单纱强力断裂延伸度N N %°

4102.

0917. 125　　从表3, 织物的断裂强

力、。其中折皱回复角的提高较明显。

经液氨处理后, 棉织物的结晶度从72%下降为53. 3%, 说明无定形区的含量增大。这可能是液氨棉断裂延伸度提高的主要原因。

4　结论

4. 1　液氨处理使棉纤维发生溶胀, 纵向表面变得比较

光滑, 裂痕明显减少。纤维的横截面也变成椭圆形或圆形, 胞腔收缩, 胞壁增厚。4. 2　液氨处理会使棉纤维的无定形区溶胀并破坏部分结晶, 使纤维结晶度减小。这可能是液氨棉断裂延伸度提高的主要原因。此外, 液氨处理还会使棉纤维的部分晶型由纤维素Ⅰ转变成纤维素Ⅲ。4. 3　经液氨处理后, 纤维内部尺寸较大的孔穴数量减

～320.

[8]　Ladisch CM , Y ang Y

, Velayudhan A ,Ladisch MR. A New

Approach tothe Study of Textile Properties with Liquid Chromatography , Textile Res. J. 1992,62(6) :361～369.

(收稿日期:2002-01-04)

上海科华染料工业有限公司

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D YEIN G AND FIN ISHIN G (Monthly ) 　　　　　　　　　　　　　　　Vol. 29,No. 4,Apr.

,2003

Contents and Abstracts

・WORDS OF EDITORIAL OFFICE ・

We Won the Honour of the Most Important Sci -Tech Magazine Prize in China ………………………………(1)

・RESEARCH REPOR TS ・

Polyester Fabric Dyeing with Aqueous Dispersion System of Nano Carbon Black Particles

Stable aqueous dispersion system of nano carbon black particles with size of 8nm was prepared. Nano carbon black can be used to dye pure polyester fabric by means of high -temperature -high -pressure dyeing method. The relationship between the surfactant structure and stability of aqueous dispersion system was explored , different dyeing time and solid content of carbon black exerted effects on the content of the carbon black in and a pparent depth , the soaping fastness was also tested. The results that high --pressure dye 2ing method and relatively stable dispersion system made the , and the dyed fabric had a certain soaping fastness.

Key Terms High temperature dyeing fiber …

Yan Kelu et al (2) Effects of Dispersion System

Effects polymers on the stability of quinacridine ketone pigment dispersion sys 2tem were the study on the zeta -electric potential and the stability and the viscosity of the dispersing of the pigment red 122particles which adsorbed different types of high molecular polymers , it was discovered that anionic polymer SMA had the best stability to the pigment , followed by the amphoteric polymer , while the non -ionic polymer PV P was the worst , that is to say , as to the pigment red 122particle , the steric effect of the non -ionic polymer. is not enough to disperse the particles , while the static force of the anionic polymer is am 2ple to disperse the particles.

Key Terms Jet printing Ink Polymer Water solubility Disperse Stability Viscosity ……………Zhou Yu et al (5) Structure and Properties Determination of Liquid Ammonia Treated Cotton Fiber

Morphology , supermolecular structure and mechanical properties of cotton fiber pre -and post -treated with liquid ammonia are outlined via scanning electron microscope , X -ray diffraction scanning instrument , and reverse gel permeation chromatogra -phy as well. The results show that liquid ammonia treatment leads to a smooth surface , lower crystallinity , crystal structure transformation , a decrease in macropores and an increase in micropores , and as well as improved mechanical properties.

Key Terms Liquid ammonia treatment Cotton fiber Structure Property ……………………Zhu Huizhen et al (8)

・TECHN IQU ES OF MANU FACTU RE ・

Shortened and Wet -Steaming Process with Ramazol R G B Dyes

To meet the requirements of small lots , multi -types and high value added , shortened and wet -steaming dye 2ing process is adopted on the wet -shortened -steaming machine made by Monforts Co. , the optimized conditions with Ramazol R G B dyes were obtained.

Key Terms Dyeing Reactive dye Shortened process Wet steaming Fabric …………………Wang Xianrui et al (11) Study on Factors Affecting the Light Fastness of Reactive Dye

During reactive dyeing process , the light fastness will be influenced by different combination dyes and dye con 2centration. In the after treatment , types of fixing agents exert the maximun effect on the light fastness , while the textile structure has little effect.

Key Terms Dyeing Reactive dye Color fastness to sunlight Assist Knitted fabric

……………………………………………………………………………………………………Yang Aimin et al (13) DP Finish for Tencel/Rayon Blended Fabric

The crease -resistant process of Tencel/rayon blended fabric with ultra -low and free formaldehyde finish a 2gents is groped. The material weight and physical parameters of the fabric are examined. It is shown that satisfactory DP effect is obtained , meanwhile , using some amino silicon softener features improved comfortability and handle. Key Terms Permenent press finish Fabric Tencel Viscose fiber ……………………………………G aoBo et al (16) Developing Coating Technology of Extra -Width and Shading and UV Protective Decorative Fabric

Via restructuring the coating head , coating machine made by Zimmer Co. is used to coat the extra -width CVC canvas grey , the product features shading and UV protective properties. The optimum conditions , technological pro 2cess as well as technical parameters are defined.

Key Terms Coating finish Ultraviolet ray Upholstery fabric Broad width

…………………………………………………………………………………………………………Fan Dexin (20)