吸湿排汗针织面料的纤维素酶柔软整理

沈细周, 何丽清, 陈自义

( 广东职业技术学院，广东 佛山 528041)

使用吸湿快干针织面料可以改善贴身衣物的舒适性，原因是吸湿快干针织面料可调节贴身衣物与皮肤表面间的水分及湿度之间的关系(衣服内微气候)、衣物和皮肤接触时的压力或接触感等。通过吸湿快干功能性纤维针织面料与其他针织面料干燥率的比较，发现无论在短时间或较长时间内，吸湿快干功能性纤维针织面料干燥率都明显好于其他针织面料，它的干燥率差不多是棉的2倍，其强大的透气性和良好的吸湿控制，使穿着者的皮肤保持干燥，减少体能消耗，使出汗不再成为一个扰人的问题[1-2]。以纯棉纱为面纱、COOLCOOL涤纶低弹丝(凉爽纤维)为底纱制织的针织纬编添纱组织的织物面料，因为COOLCOOL纤维的沟槽结构一方面使得织物具有良好的吸湿和快干功能，穿着舒适，另一方面也加大了织物的整理难度。在实际生产中，整理后的吸湿快干织物的吸湿功能会丧失或降低。针对实践中存在的问题，本文对以纯棉纱为面纱、COOLCOOL涤纶低弹丝为底纱制织的针织纬编添纱组织的织物面料进行纤维素酶洗柔软整理，研究了处理时间、处理浴pH值、处理温度、纤维素酶用量等对试样柔洗效果以及对织物的吸湿排汗性能的影响规律。

1 吸湿排汗织物的整理存在的问题

根据工厂实践以及对吸湿排汗织物的吸湿机理理论研究，国内对于吸湿排汗织物的整理主要存在的问题如下：

(1)吸湿排汗涤纶主要是异形纤维，且大多数表面又有微细沟槽结构，同一线密度的纤维，其比表面积比常规圆形纤维大20%～50%，在前处理(煮练、漂白)过程中高温的碱处理很容易破坏这种结构，从而影响织物的吸湿排汗性能。

(2)对织物进行柔软整理时，很容易破坏吸湿排汗纤维的沟槽截面，影响织物的吸湿排汗性能。

(3)随着人类环境保护和安全健康意识的不断提高，纺织品印染加工对环境的污染及残留在纺织服装上的各种有害物质对人类健康的影响越来越引起世界各国的关注，吸湿排汗织物走的是“休闲、舒适”路线，当然要求对其织物的整理尽可能绿色环保。

2 COOLCOOL纤维的形态结构及性能

2.1 COOLCOOL纤维的形态结构

图1为COOLCOOL纤维与普通涤纶的横截面图。 与普通涤纶相比，COOLCOOL纤维采用高异形度的四通道截面形状(见图1(a))，这种结构，有利于纤维形成具有极其蓬松的纱线结构，使织物能够通过纤维上或纤维间的毛细通道，产生芯吸作用而快速吸水、输水，然后扩散和挥发，以保持人体皮肤的干爽。 同时，这种纤维的比表面积比同线密度普通圆形截面纤维要大，能将织物表面的水分快速蒸发到周围大气中去，因此这种结构特点能使该纤维织物具有导湿快干的特性[4]。同时，由于聚酯纤维具有较高的湿屈服模量，即使在湿润状态时也不会像棉纤维那样倒伏，所以始终能够保持织物与皮肤间的微气候状态，达到提高舒适性、干爽性的目的。使用COOLCOOL纤维可以改善贴身衣物的舒适性，原因是可调节贴身衣物与皮肤表面间的水分及湿度之间的关系(衣服内微气候)、衣物和皮肤接触时的压力或接触感等，故该纤维制织的面料称为“可呼吸面料”，该面料既具有棉制品的触感，又具清爽感[5]。

(a) COOLCOOL纤维

(b) 普通涤纶纤维图1 纤维的横截面图

2.2 COOLCOOL纤维与其它纤维的吸湿排汗性能对比

COOLCOOL纤维与一般纤维的吸湿排汗性能对比见图2。

(a)织物芯吸高度图

(b)织物水分扩散图图2 织物的吸湿排汗性能图

由图2可知，用COOLCOOL纤维制成的织物，其芯吸高度及水分扩散面积都比普通涤纶和锦纶高出许多，甚至比纯棉织物的芯吸性能和水分扩散性能都好。以棉为面纱、COOLCOOL纱为底纱开发的针织面料迎合了针织布当今的“轻薄、休闲、舒适”发展方向，将颇有市场。

3 纤维素酶对COOLCOOL纤维/棉的柔软整理机理

纤维素酶表面具有裂槽、凹坑、空洞或孔穴状的活性部位(酶催化作用发生的部位，底物结合于该部位)。反应时，纤维素酶的活性部位首先和底物(即纤维素纤维)发生专一性结合，形成“络合物”。所以纤维素酶分子应能够非常接近纤维并吸附在纤维素纤维某些部位(通常首先吸附在纤维表面)，再发生配位络合，形成中间络合物。然后酶分子的活性部位发生专一性的催化，使纤维素分子水解。纤维素分子是由1,4-β葡萄糖甙键连接成的直链高分子化合物。纤维素酶对其有特殊的催化作用。纤维素酶既能从一端水解纤维素聚合物，又能将长纤维素聚合物切割成小分子。棉纤维的初生壁和次生壁纤维均可以水解产生纤维素弍糖和葡萄糖而溶解于纤维素酶水解溶液中。纤维素纤维是由结晶区和非结晶区组成，水分子易于进入非结晶区(无定型区)的纤维素内部而形成氢键，使纤维素充分膨化，纤维素酶容易通过细孔并吸附于纤维表面产生作用。结晶区的纤维素分子排列整齐，结构紧密，纤维素酶不易进入内部。纤维素酶处理时，仅是织物表面，特别是疏松部位的纤维素分子降解、水解和减量，将纤维素表面外露的微细纤维水解弱化，使之易于从纤维上剥落，使织物变得光滑整洁，纹路清晰，同时使得纤维表面张力下降，抗弯强力减弱，纤维之间的摩擦系数降低，纤维间无定型区增大，结构松弛，从而使织物具有蓬松、柔软、吸湿性提高、抗起毛起球等优点[6-7]。

4 吸湿排汗面料的柔软整理

4.1 试验材料与仪器

(1)织物规格

面纱：14.6 tex(40 s/1)纯棉纱。

底纱：83.3 dtex/72 f(75 D/72 f) COOLCOOL纯涤低弹丝。

成品布幅宽1.48 m(机器规格：30英寸24G单面圆纬机)。平方米克重：185 g/ m2。

以上织物由佛山万山针织有限公司生产。

(2)试验药品

渗透剂JFC、吸湿排汗整理剂QQ、亲水性氨基硅油DM, pH值缓冲液(以上均为中山亿思达公司提供)；

纤维素酶DL(德国易美尔集团香港国际有限公司提供)；

精练酶(中山亿思达公司提供)；

活化剂CaCl2。

(3)试验仪器

恒温水浴箱(南通三思机电科技有限公司)；

YG071N全自动缩水率试验机(宁波纺织仪器厂)；

挂链天平(南通三思机电科技有限公司)；

YG811织物悬垂性测试仪(宁波纺织仪器厂)；

Y802A型烘箱(宁波纺织仪器厂)；

YG(B)026D电子织物强力机(南通三思机电科技有限公司) 。

4.2 纤维素酶洗柔软整理流程

退煮后的布样→纤维素酶浸渍处理→净洗→烘干后测试性能

4.3 性能测试

(1)芯吸高度：垂直放置的被测布样，一端浸在液体中，由于芯吸效应液体沿试样的缝隙上升或渗入，用量具测量规定时间内液体上升的高度 (芯吸高度)。芯吸高度表征织物的吸湿能力，本试验用YG871型毛细管效应仪测试。

(2)悬垂系数：表征织物的柔软性能。悬垂系数越小，表示织物柔软性能越好，本实验用YG811织物悬垂性测试仪测试[8]。

(3)强降率：整理前、后的织物强力之差与整理前的织物强力的百分比[37]。

(1)

式中：m1—退浆前织物的重量；

m2—退浆后织物的重量。

4.4 影响柔软整理工艺的因素试验

4.4.1 纤维素酶的用量对柔软整理的影响

固定温度50 ℃，时间40 min，pH值为5.0 ，CaCl2为1‰(owf)，JFC为1 g/L，浴比1 ∶20不变，纤维素酶用量对柔软整理的影响见表1。

表1 纤维素酶的用量对柔软整理的影响

由表1可知，随着纤维素酶DL用量的增大，COOLCOOL纤维/棉针织布的悬垂系数变小，强降率也减小，芯吸高度变大。表明纤维酶的整理可以改善COOLCOOL纤维/棉的柔软性。同时纤维素酶的加入可以提高COOLCOOL纤维/棉织物的吸湿排汗性能。所以以下的实验选择纤维素酶的用量为2%(owf)。

4.4.2 温度对柔软整理的影响

固定纤维素酶DL的用量2%(owf)，时间40 min，pH值为5.0, CaCl2为1 ‰(owf), JFC 1 g/L，浴比1 ∶20不变，考察温度变化对柔软整理的影响见表2。

表2 温度对柔软整理的影响

由表2可知，随着整理温度的升高，COOLCOOL纤维/棉针织布的悬垂系数变大后变小，但变化范围很小；强降率和芯吸高度几乎没有什么变化。即说明温度对柔软整理的影响不太明显，考虑到温度对纤维素酶DL的酶活力的影响因素，采用的温度以50 ℃为宜。

4.4.3 时间对柔软整理的影响

固定纤维素酶DL的用量2%(owf)，温度50 ℃, pH值5.0, CaCl2为1‰(owf)，JFC 1 g/L，浴比1 ∶20不变，时间变化对柔软整理的影响见表3。

由表3可知，随着整理时间的增大，COOLCOOL纤维/棉针织布的悬垂系数几乎无变化，强降率增大的效果比较明显，芯吸高度略有增加。考虑到强力的因素，整理时间以40 min为宜。

表3 整理时间对柔软整理的影响

4.4.4 pH值对柔软整理的影响

固定纤维素酶DL的用量2%(owf)，温度50 ℃,时间40 min, CaCl21‰(owf)，JFC1 g/L，浴比1 ∶20不变，pH值变化对柔软整理的影响见表4。

表4 pH值对柔软整理的影响

由表4可知，随着pH值的增大，COOLCOOL纤维/棉针织布的悬垂系数、强降率和芯吸高度几乎没有变化。即pH值对COOLCOOL纤维/棉针织布的柔软整理几乎无影响。考虑到pH值对纤维素酶DL的酶活力的影响因素，采用的pH值以5为宜。

综合考虑，纤维素酶DL对COOLCOOL纤维/棉针织布的柔软整理工艺的最佳工艺条件为：纤维素酶的用量2%(owf)；温度50 ℃；时间40 min；pH值5; 浴比1 ∶20。

4.5 纤维素酶的柔软整理与传统柔软整理效果比较

传统的柔软整理主要有化学法和机械加工法两种。化学法是选用优良的化学整理助剂，经过浸轧、焙烘，对织物进行整理以满足整理后的手感需要，这是目前通用的主要方法之一。机械加工法是通过特殊机械加工来满足柔软手感的目的，目前有许多印染企业采用化学与机械相结合的方法。分别用不同的柔软整理工艺对COOLCOOL纤维/棉针织布进行柔软整理，(因为许多文献[9-10]表明普通氨基硅油处理会降低COOLCOOL纤维/棉针织布的吸湿排汗性能，所以没有考虑普通氨基硅油处理试验), 并测试其性能来比较它们的优缺点。试验结果见表5。

表5 不同柔软剂整理工艺效果的对比

由表5可知：用以上几种整理剂整理后的织物的柔软效果都较好，而且通过手感比较，织物的滑爽性、丰满度、柔软性都有较大程度的提高，但是在整理过程中加上氨基硅油或者吸湿排汗剂以后都会影响织物的吸湿性能。而纤维素酶DL对织物进行柔软整理的效果最好，不仅可以改善织物的柔软性能，而且也不会影响织物的吸湿排汗性能。

5 小结

(1)由于COOLCOOL纱的四通道沟槽结构，不能按照传统的柔软整理工艺把硅油附于织物的表面，否则硅油会堵塞纤维截面上的毛细管道和纤维表面沟槽，影响织物的吸湿导汗功能。

(2)纤维素酶用量对COOLCOOL纤维/棉针织布的柔软整理效果影响较大，处理时间、处理温度、处理浴pH值对COOLCOOL纤维/棉针织布的柔软整理效果有一定的影响。通过纤维素酶的柔软整理的试验得出最佳优化工艺：纤维素酶的用量为2%(owf)；温度50 ℃；时间40 min；pH值5；渗透剂JFC l g/L；浴比1 ∶20。

(3)纤维素酶对COOLCOOL纤维/棉针织布的柔软整理与传统柔软整理效果相比，纤维素酶对织物进行柔软整理的效果最好，不仅可以改善织物的柔软性能，而且也不会影响织物的吸湿排汗性能, 且对环境污染较小, 是一种值得推荐的生态工艺。

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