纳米技术在羊毛纤维改性加工中的应用

张江范 吴莎莎 阿旺顿珠

摘 要：应用纳米技术对羊毛纤维进行表面改性处理，使羊毛纤维表面结构发生变化，去除羊毛纤维给人体带来的刺痒感，减少了羊毛纤维毡化收缩，达到可机洗、防缩标准;同时能够有效改变羊毛纤维表面存在的化学基团，获得新型的纳米界面材料，确保经过改性处理后的羊毛纤维表面物理及化学性能不同于改性处理前的羊毛纤维，其次利用功能性材料对羊毛纤维进行改性处理，使羊毛纤维和功能性材料两者之间以化学键、化学功能团的方式有效联合在一起，从而使羊毛纤维具有爽、滑、亮泽、防污等持久性效果。经过长时间使用后，仍能保持未使用时所具有的色泽、风格及手感。

关键词：纳米技术;羊毛纤维改性;材料选择;性能测试;结果比照

随着人民日益增长的对美好生活的需要，消费者关于羊毛衣物厚重保暖方面的需求观念已经逐步淡化，而舒适、轻便、便于护理、防污等方面的要求则与日俱增。众所周知，天然生成的细羊毛数量非常少，同时羊毛纤维本身所具有的鳞片结构会对人体造成刺痒感，羊毛纤维做成织物后，湿热条件下此种羊毛纤维织物极易发生变形[1]，极大程度上限制了羊毛纤维制品、纺织产品的大力推广。为此，本课题选择了采用纳米技术对羊毛纤维进行改性加工，以获得性能更加优良的毛纺材料，满足开发毛纺新产品的大众需求[2]。

1 改性方法

利用纳米材料对羊毛纤维进行改性，主要采用以下两种方法[3]。

一种方法是將纳米材料当作填充剂添加到羊毛纤维中去，可以通过加工将添加材料制成纳米材料/羊毛复合纤维;还可以利用溶液共混方法，使纳米微粒直接参与在合成纤维的反应中，制成纳米复合纤维。

另一种方法是将加工后的纳米微粒直接加入到羊毛纤维织物整理、后处理剂或织物涂料中，经过织物后整理技术将选用的纳米材料有效结合到羊毛纤维纺织品中[4-5]。

2 纳米材料的选择

韩宏学[6]等研究者将纳米颗粒通过乳化方式，使纳米颗粒分散均匀地附着于羊毛纤维的表面，从而能够保证纳米颗粒和羊毛纤维表层的一些自由基可以永久地联合在一起。纳米氧化锌粉体具有优越的除臭、抗菌、消毒等功能，而且是一种多功能性新型无机材料，其颗粒大小约为1—100nm。因此，可以把纳米ZnO粉体制成功能性添加剂，对天然纤维纺织品进行吸附，从而能够获得性能优良的抗菌织物，有效抑制以污物和汗液为营养源的微生物繁殖，同时也能够有效防止微生物释放的恶臭，使纺织品的卫生状况得到有效改善。

羊毛纤维在经过防缩处理之后，为了便于纺纱，此时就需要添加一些能够增强羊毛纤维抱合力的添加剂，SiO2作为增强抱合力的有效成分，可以把SiO2粉体通过加工制成功能性添加剂，采用织物涂层整理法，使SiO2纳米颗粒在羊毛纤维表面均匀附着，并形成一层薄薄的功能性涂层。羊毛纤维在制条过程时，由于附着了功能性涂层，羊毛纤维的抱合力会得到显著增强，制成的羊毛纤维毛条细度均匀，刚性强，而最终得到的成品轻、暖、柔、滑，光泽亮丽，类似于羊绒织物的手感。而且得到的羊毛纤维织物具有易护理、抗起毛起球、防缩、易机洗等诸多特点[7-8]。

3 改性前后性能测试

本课题所使用的羊毛纤维是西藏自治区本土所产的羊毛，经过加工处理后得到的羊毛纤维，羊毛纤维直径在18nm以下，此种羊毛纤维性能优异，产量较为稀少，因此价格极为昂贵。所使用的粉体为ZnO粉体、SiO2粉体、水的混合溶液，混合比为1∶1∶1。

利用和众视野UV-A光学显微镜分析羊毛纤维改性前后细度分布、长度变化;采用SEM台式扫描电镜（Phenom公司）仔细查看羊毛纤维改性前横截面、纵截面的形态;利用YG（B）008E型电子单纤维强力机测试羊毛纤维的弹性模量变化;采用YG368型全自动卷曲收缩率测试仪测试羊毛改性前后卷曲性能的变化。图1、图2显示了羊毛纤维处理前后细度分布的直方图。表1表明了羊毛纤维改性前后卷曲性的变化。

4 改性前后性能对比分析

羊毛纤维经过纳米改性处理以后，一方面细度变细，在一定程度上去除了鳞片而又不破坏羊毛纤维。另一方面减少了羊毛纤维自身存在的毡化收缩，成功达到了易机洗的目的。与此同时，也不会对羊毛纤维的皮质层造成损伤，极大程度上维持了羊毛纤维所特有的弹性、柔软性、保暖性，而且改善了手感，羊毛纤维对人体造成的刺痒感成功得到了去除，使羊毛纤维具有了羊绒的一部分特性，在纺织品领域的应用有了新的突破。

纳米技术改性的过程中，羊毛纤维表层的鳞片被部分刻蚀，褶皱在一定程度上能够得到舒展，羊毛纤维的光滑程度能够得到提高，羊毛纤维彼此之间的平均长度、交叉长度、有效长度有所增加;羊毛纤维表层的纳米晶化层此时能够发挥定型剂的作用，使羊毛纤维的平均长度、有效长度变得更加稳定，羊毛纤维可以变得更加均匀，羊毛纤维的变异系数能够有所降低;羊毛纤维可拉伸变长，小于30mm的羊毛纤维数量减少，羊毛纤维的短纤维百分率成功下降。

5 结论

通过对本课题的实验结果进行分析，能够得出应用纳米技术进行改性后，羊毛纤维的物理、化学性能比改性前有较大改善。羊毛纤维的有效长度显著变长，其短绒率显著降低，羊毛纤维的纤维整齐度得到了提高;羊毛纤维的平均细度能够变细，其细度不匀率在一定程度上有所降低;羊毛纤维的平均卷曲弹性率的变异系数被有效改善;羊毛纤维表面存在的鳞片裂纹有所减少，羊毛纤维的表面变的比较均匀;羊毛纤维的卷曲弹性率、平均卷曲度、卷曲回复率等优良的卷曲性能则大大的增强，卷曲性能的变异系数在一定程度上有所减小。但是，应用纳米技术进行改性后，羊毛纤维受到不同程度的损伤，羊毛纤维的一些性能指标反而比改性前更差。羊毛纤维的单纤维断裂强度和断裂强力有些降低，变异系数增大;单纤维的断裂伸长率降低了。因此，利用纳米技术对羊毛纤维进行改性是成功的，但仍需对粉体的选择以及纳米粉体溶液的混合比例进行优化改进。

参考文献：

[1]刘洪玲，于伟东，章悦庭.羊毛细化拉伸系统的作用分析[J].东华大学学报，2002，28（5）：39-43.

[2]彭燕丽.第69届国际毛纺会议及澳、新羊毛工业考察报告[J].毛纺科技，2000（4）：5-9.

[3]狄友波，曲娴，李青山，等.关于纳米技术在毛纺工业上应用的探讨[C].第八届功能性纺织品及纳米技研讨会论文集，2008（4）：1.

[4]宿颖峰.高新技术在羊毛改性加工中的应用[J].中国纤检，2005，（4）：54-55.

[5]吕雪峰.羊毛改性技术的研究进展[J].纺织科技进展，2009，（2）：2-5.

[5]Cegarra J.Theble aching of wool with hydrogen peroxide[J].Wool Sci.Rev.，1983，59：2.

[6]韩宏学，孙常青，桑志强，等.纳米技术在毛（绒）纤维上的应用[J].毛纺科技，2003（6）：26-28.

[7]闻力生.防水、防油、防污纳米西服还要洗涤吗？[J].纺织信息周刊，2004，（18）：23.

[8]刘丽艳，谭远.纳米技术在纺织领域应用之中国专利技术发展状况[C].第11届功能性纺织品、纳米技术应用及低碳纺织研讨集，2011（4）：31-36.

作者简介：张江范（1989—），女，汉族，河南南阳人，硕士研究生，初级职称，研究方向：纺织工程。

通讯作者：阿旺顿珠（1986—），男，藏族，西藏昌都人，本科，中级职称。