纺织新材料及染整加工特性(1)

纺织新材料及染整加工特性在20世纪40年代，科技发达国家开始研制和生产粘胶、涤纶、锦纶、腈纶等化学纤维。在相继半个世纪中，由于合成纤维具有强度高、弹性好、耐穿耐用以及易护理等优点，化学纤维得到迅猛发展，其化纤总量超过了天然纤维。从80年代开始，科技高速发展，人们对纺织品要求越来越高，普通的化学纤维满足不了不同的需要，因此，日本、美国、德国等相继开发出新合纤、差别化和功能性纤维，增加了许多纺织新材料，使纺织产品具有多元化、功能化、仿真化和个性化特点。近年来生产这些化纤原料的石油资源严重短缺，化纤的生产量受到一定限制。因此，许多研究者和开发商寻找其它途径，利用自然界丰富的动植物资源，开发纺织新材料，满足纺织品发展需要。本文对近年来开发的纺织新材料的基本特性和染整加工特点作些阐述。1纺织新材料的开发应用及基本特性1·1新型天然纤维1·1·1天然彩色棉天然彩棉是一种自身具有天然色彩的棉花新品种，具有色泽自然、质地柔软、穿着舒适、不用染色加工、减少污染环境的一种生态环保纤维。目前，彩棉基本色调只有棕色和绿色两大类，由于彩棉深浅不一，可显现出多种颜色。彩棉虽然有许多优点，但存在可纺性差，色泽不稳定、易变色等缺点。彩棉形态结构与白棉相似，纤维较细、生成的纤维素次生胞壁很薄，胞腔很大，色素主要分布在纤维次生胞壁中。彩棉中纤维素含量占85%-90%，而由棉中纤维素含量在94%左右。其余物质主要是蜡质，其含量是白棉的6-13倍，灰分含量是白棉的1.4-1.6倍，蛋白质含量是白棉的1.75-2.1倍，含氮物质也较多。彩棉中铜、铁、锌、铂含量高于白棉，其它金属含量低于白棉。彩棉中天然色素不稳定，在染整加工中遇酸和碱、氧化剂易变色，加工中要注意变色问题。新疆中国彩棉（集团）股份有限公司自育品种和美国BC公司彩棉品质指标基本接近。目前国内培育的彩棉纤维长度接近于普通白色陆地棉品种，同时培育了长度达32mm、强度为27cN/tex以上的中长绒彩棉新品，并逐渐解决彩棉的质量和产量低的难点。1·1·2天然彩色茧丝蚕（茧）丝是天然纤维中珍贵品种，素称纤维皇后，而天然彩色茧丝更为珍贵。天然彩色茧丝色彩自然、色调柔和、色泽丰富而艳丽，有些颜色还是采用染色加工难以达到的色泽。桑蚕彩色茧丝主要有黄红茧系和绿茧系两大类，黄红茧系包括淡黄、金黄、肉色、红色、篙色、锈色等；绿茧系包括竹绿和绿色两种。黄红茧系的颜色来自桑叶中的类胡萝卜素（β-胡萝卜素、新生β-胡萝卜素）和叶黄素色素（叶黄素、蒲公英黄素、紫黄素、次黄嘌呤黄素）；绿茧丝的色素主要为黄酮色素。天然彩色茧丝的特性:（1）柞蚕、天蚕、野桑蚕、蓖麻蚕、琥珀蚕等所吐的丝大部分内部有很多空隙，最多达10%，是一种多孔蛋白质纤维，轻盈漂逸、吸湿性优良、透气性好、穿着舒适。（2）天然彩色茧丝具有很好的紫外线吸收能力，对UV-B透过率小于0.5%，UV-A和UV-C透过率不足2%。（3）茧丝外层丝胶有很好的抗菌作用，用野蚕丝无纺布接种黄色葡萄球菌、绿浓杆菌、大肠杆菌、枯草杆菌等，使接种的细菌数减少99.9%。（4）抗氧化功能好：生物在生命活动中，在不良环境中会不断产生多种活性氧自由基（02·、H202·、HO·等），这些自由基氧化能力强，能破坏生物机体。彩色茧丝分解这些自由基的能力远远高于白茧丝，其中绿色茧丝能分解90%左右活性自由基，黄色茧丝有分解50%左右自由基的功效。将彩色茧丝制成内衣、或者做化妆品有很好护肤养颜作用，可免除这些活性基对人体的危害。在天然彩色茧丝的开发应用方面，日本、中国、泰国、柬浦寨、越南、印度等进行了很多研究工作。中国地域广大，大部分地区都适宜开发彩色桑蚕茧和野蚕茧资源。彩色资源开发应用，关键技术是品种选育和制丝技术。彩色蚕茧线色泽较稳定，在染整加工中变色较小，有一定的耐光牢度，是开发高档纺织品的极优材料。1·1·3原竹纤维目前生产的竹纤维有两种：一种为天然竹纤维（也称原竹纤维或天竹纤维），另一种为竹浆粘胶纤维（属再生纤维素纤维）。天然竹纤维大多以纤维束存在，在物理-机械及化学加工过程中不破坏竹材的纤维素结构，只去除纤维素束内外的杂质（木质素、多戊糖、竹粉和果胶等），保留天然竹纤维素形态、分子结构和聚集态结构。原竹纤维的优点很多：有较高的强度，吸湿排汗性好，具有很好的抗菌性能和抗紫外线功能，制成服装具有凉爽舒适性。但原竹纤维在纤维提取过程中保留着纤维束状态，长度差异大，短者约2cm左右，最长的与竹节相近（约3Ocm左右），纤维纤度较粗，离散度大，手感稍有粗硬。目前，产量较低，价格偏高。由于原竹纤维性状和结构与苎麻相近，容易鱼目混珠。1·1·4麻类新原料我国盛产各种麻类纤维，其中苎麻、亚麻产品已有较长历史，生产工艺己趋成熟。它们具有粗犷、凉爽、抗菌、抗紫外线等功能，制成纺织品深受国内外消费者青睬。为了扩大纺织用麻类原料，将可纺性差、染色难的大麻、黄麻、胡麻等用于开发中高档纺织产品，关键问题要解决麻的精练、纺纱质量和印染后整理技术等。在我国热带、亚热带地区热带植物较多，开发利用热带天然植物纤维，如:剑麻、椰衣纤维、菠萝叶纤维、香蕉茎杆纤维，已引起纺织界的关注，将这些纤维制成地毯、沙发布、墙布等家用纺织品有很大的市场潜力。菠萝叶和香蕉茎杆纤维资源丰富，纤维品质比剑麻柔软纤细，可纺性好，也可制作高档服装面料。这两种纤维具有麻的特性外，还有风格独特，特殊光泽、热传导性好、凉爽光滑等特点。用纯天然香蕉茎杆纤维制成的时装在巴黎展出时，引起大家关注。日本日清纺织公司独自开发了香蕉茎杆纤维生产技术，用香蕉茎杆纤维和棉混纺（30/70）制成牛仔服和网球服、床单、毛巾等纺织品投放市场。我国也正在积极开发此类新原料和纺织品，开发成功将会有较大的效益。1·1·5新动物纤维——狗绒（宝丝绒）在天然动物纤维中，山羊绒称之为软黄金，具有很高的性价比。我国新疆、内蒙古、西藏等地盛产山羊绒。近年来对山羊绒的需求剧增，过度放牧导致草原沙化，破坏了生态环境。因此，放牧养殖规模受到控制，寻求新的途径开发新的类似于羊绒性能的纤维引起重视。目前狗肉食品加工不断发展，在吉林、山东、河北等地都有养狗场，将狗肉和狗绒综合利用，狗肉用于食品加工，狗皮用于皮革制造，狗绒可用于毛纺原料，狗身上还有其它药用价值的部位可以综合开发利用。宝丝绒是一种理想的毛纺原料，各项物理机械性能接近于羊毛、羊绒，具有较好的可纺性，与其它纤维混纺制成织物，手感柔软，具有羊绒光泽和优异服用性能。据文献介绍，国内巳开始组建一定规模的养殖基地和配套毛纺加工企业，在全国形成一个新型的综合加工企业，发展宝丝绒生产。1·1·6天然蜘蛛丝人类利用蜘蛛丝始于1909年，在第二次世界大战时蜘蛛丝曾被用作望远镜、枪炮的瞄准系统中光学装置的十字准线，但对蜘蛛丝结构和性能了解甚少。到了20世纪90年代后开始对蜘蛛丝蛋白基因组成、结构形态、力学性能等有了深人研究，为蜘蛛丝商业化生产提供了可能性。蜘蛛丝的理化性质与蚕丝相比，具有非常明显的优势，在力学强度方面，蜘蛛丝纤维与强度最高的碳纤维及高强合纤Aramid、Kelve，等强度相接近，但它的韧性明显优于上述几种纤维。因此，蜘蛛丝纤维在国防、军事（防弹衣）、建筑等领域具有广阔应用前景。天然蜘蛛丝主要来源于结网，产量非常低，而且蜘蛛具有同类相食的个性，无法像家蚕一样高密度养殖。所以要从天然蜘蛛中取得蛛丝产量很有限。随着现代生物工程发展，用基因工程手段人工合成蜘蛛丝蛋白是一种新突破，不久有可能形成具有一定规模的人工蜘蛛丝纤维生产厂。1·2再生纤维素纤维1·2·1绿色再生纤维素纤维LyocellLyocell纤维是采用NMMO作溶剂溶解木浆纤维素，经湿法纺丝制得，整个生产过程是环保的，溶剂NMMO基本全部回用。在20世纪80年代末实现了工业化生产，到目前全世界生产Lyocell纤维的年产量已达15万吨以上，是近10年来发展速度较快的一种新纤维。在近十多年内生产和开发了很多Lyocell纤维纺织品，巳摸索了许多成功经验，对Lyocell纤维性能和染整加工特性已很熟悉，这里不再重复，可参考Lyocell纤维纺织品染整加工技术一书。1·2·2高湿模量纤维由于普通粘胶纤维湿强力低、模量小，在湿态时有易变形、保形性差等弱点，许多国外公司开发了新的高湿模量纤维，如：日本东洋纺公司的Polynosic纤维、Lenzing公司用木浆生产的Modal、中国丹东京洋特种纤维有限公司引进日本东洋纺公司波里诺西克纤维的纺丝技术生产的Richcel纤维。高湿模量纤维具有初始模量高，织物有身骨、湿态变形小、尺寸稳定性好，织物平滑、悬垂性好、吸湿导湿性好、色泽鲜艳、富有光泽，并具有较好的耐碱性，与棉混纺织物可进行丝光加工，是制作内衣、外衣服装的中高档新材料。1·2·3竹浆粘胶纤维采用化学方法将竹材制成竹浆粕，将浆粕溶解制成竹浆粘胶溶液，然后通过湿法纺丝制得竹浆粘胶纤维。这种竹浆纤维已批量工业化生产，例如：吉林化纤集团有限责任公司（下属的河北藁城化纤公司）、上海化纤浆粕总厂、上海月季化学纤维有限公司、四川成都天竹竹资源开发有限公司等生产竹浆粕及竹浆纤维。目前生产的竹浆纤维在某些性能上不同于普通粘胶纤维，竹浆纤维具有可纺性好、纤维吸湿导湿透气性好、手感柔软、织物悬垂性好、染色性能优良、光泽柔亮等特点。开发的竹纤维纺织面料服装具有质地轻、穿着清凉爽快，并有抗紫外线、抑菌防臭防霉等保健功能。1·3再生蛋白质纤维1·3·1含牛奶蛋白纤维从20世纪90年代初开始国内外致力于开发再生动物和植物蛋白纤维，日本东洋纺公司以新西兰牛奶为原料与丙烯腈接枝共混制成再生蛋白纤维Chinon，上海正家牛奶丝服饰有限公司在1995年研制开发出牛奶纤维长丝，最近报导了山西恒天纺织新纤维科技有限公司研制了牛奶短纤维。牛奶丝具有蚕丝般光泽和柔软手感，有较好的吸湿和导湿性，较好的强度和延伸性，是一种制作内衣的优良材料。但因纤维耐热性差、色泽鲜艳度较差、价格较贵，影响了牛奶纤维大量推广使用。1·3·2大豆蛋自复合纤维大豆蛋白纤维属于再生蛋白纤维类，是采用化学、生物化学的方法从榨掉油脂的大豆渣中提取球状蛋白，通过添加助剂，改变蛋白质空间结构，与聚乙烯醇（PVA）共混制成纺丝原液，经湿法纺丝而成。该纤维单丝纤度细、比重轻、强伸度较高、耐酸耐碱性较好，具有羊绒般的柔软手感、蚕丝般的优雅光泽、棉纤维的吸湿和导湿性及穿着舒适性、羊毛的保暖性。目前主要有常熟江河天绒丝纤维有限公司和绍兴嘉利绿纤有限公司生产的大豆纤维，大豆纤维可在棉纺、绢纺、毛纺、（羊绒）等生产设备上纺纱，能与其它天然纤维和化学纤维混纺交织开发针织产品（内衣、外衣、袜子等）和机织产品（服装面料、床上用品等）。此纤维本身呈现米黄色，难以漂白，色泽鲜艳度较差，耐湿热性差，在染整加工中应注意温度控制等关键技术问题。1·3·3蚕蛹蛋自纤维蛹蛋白丝由四川宜宾丝丽雅股份有限公司试生产，将蚕蛹蛋白提纯配制成溶液按比例与粘胶共混，采用湿法纺丝形成具有皮芯结构的含蛋白纤维。纤维具有较好的吸湿性、透气性，手感柔软、悬垂性好，但湿强力较低，纤维本身呈现较深黄色，会影响纺织品色泽鲜艳度。可采用活性、酸性、中性等染料染色，在染整加工中要注意它对酸、碱的敏感性，合理制定加工工艺。1·3·4纳米抗菌再生蛋白纤维将猪毛、羊毛等废毛溶解，经提纯和改性与棉浆或木浆或竹浆溶液共混，在纺丝中加入纳米级二氧化铁，经湿法纺丝制成一种抗菌再生蛋白纤维。这种新纤维的加工技术由中科院工程研究所开发，在天鹅化纤集团公司试纺，还处于研发阶段。1·4其它再生纤维1·4·1甲壳胺纤维甲壳素是一种天然生物高分子聚合物，广泛存在于昆虫、甲壳类动物（虾、蟹等）的硬壳中，它在门然界中的含量仅次于纤维素。甲壳胺是甲壳素的脱乙酰化产物，与纤维素的化学结构相似，都是六碳糖的聚合体，基本单元是乙酰葡萄糖胺。甲壳胺用稀酸溶解后纺丝制得的甲壳胺纤维是自然界中唯一带正电荷的再生纤维，在纤维中含有羟基和氨基官能团。兼有纤维素和蛋白质纤维的官能团，具有相当的生物活性、生物相容性，生物可降解性和优良的抗菌性能。它被广泛用作医用纤维制品，它与棉、毛、丝、