钟智丽，张 肖，张宏杰，万 佳，廖镇东

(1. 天津工业大学纺织学院，天津 300387；2. 泉州师范学院，福建泉州 362000)

碱处理对大麻纯纺织物服用性能的影响

钟智丽1，张 肖1，张宏杰2，万 佳1，廖镇东1

(1. 天津工业大学纺织学院，天津 300387；2. 泉州师范学院，福建泉州 362000)

为了探究碱处理对大麻纯纺织物服用性能的影响，分别从影响碱处理工艺的主要因素，即浓度、温度以及时间出发，重点讨论了这些影响因素对大麻纯纺织物服用性能的影响，包括弯曲长度、折皱回复角、透气率和液态水动态传递综合指数(OMMC)，在此分析讨论基础上对碱处理大麻纯纺织物工艺进行正交优化。实验结果表明：碱处理大麻纯纺织物的最佳处理工艺条件为温度60℃、时间20min、碱浓度120g/L。

大麻纯纺织物 碱处理 折痕回复角 透气率 OMMC

大麻纤维是一种绿色环保纤维，具有良好的抗菌保健、抗静电、吸湿透气等性能，是重要的纺织纤维原材料[1-2]。大麻纤维与棉纤维同属纤维素纤维，主要成分是纤维素及一些非纤维素物质，见表1所示。相比于棉纤维，大麻纤维化学成分中木质素和果胶的含量偏高，大麻纤维刚度较大、纤维粗硬，导致大麻织物表现为硬度大、手感硬、抗皱性差的缺点，特别是大麻纯纺织物[3～4]。为了更好利用大麻纤维的特性，提升大麻纯纺织物的服用性能，必须对大麻纯纺织物进行整理，达到提高织物舒适性的目的[5-6]。

表1 棉纤维和大麻纤维的化学成分[5]

随着人们对“回归自然、健康环保”理念的追求，天然纤维特别是大麻纤维愈加受到人们的重视，改善大麻纤维性能，提升大麻纺织品产品品质成为人们研究的热点。鞠金星等[7]对大麻纱线进行了柔软整理，得到了碱改性的最佳工艺为碱浓度100g/L，温度20℃，浸渍时间15min，浴比1:20。再结合柔软剂整理，纱线的柔软度将得到进一步提高。张静等[8]研究了不同浓度碱溶液对大麻/棉混纺纱线的性能影响，结果表明：适宜的碱浓度能改善纱线表面光洁度，降低纱线的条干不匀率，提高纱线的柔软程度。Pejic B M[9]分别采用不同浓度的氢氧化钠和亚氯酸钠对大麻纤维进行处理，纤维的吸湿性能提高，可纺性增强。但是大麻纯纺织物的整理研究比较少，特别是目前纤维素织物整理比较成熟的碱处理工艺。采用合理的手段对大麻纯纺织物进行预处理，对其物理性能进行改善，对大麻纺织品的实际生产和开发具有一定的指导意义。

为了提高大麻纯纺织物的服用性能，本文系统地讨论了影响碱处理工艺的主要因素，即温度、时间、碱浓度对大麻纯纺织物服用性能的影响，并采用正交实验确定最佳处理工艺条件。

1 实验部分

1.1 实验材料和仪器

材料：大麻纯纺织物，采购于山西绿洲纺织有限公司，具体规格参数见表2；氢氧化钠(NaOH)分析纯，采购于天津科密欧化学试剂有限公司。

表2 大麻纯纺织物规格参数

仪器：LAY-6织物回能测定仪，由山东安丘纺织仪器厂提供。

YG461D数字式织物透气量仪，由常州第一纺织设备有限公司提供。

液态水分管理仪(MMT)，由美国锡莱-亚太拉斯有限公司提供。

1.2 实验工艺

1.2.1 实验设计

为了分别考虑碱处理过程中碱浓度、时间以及温度对于大麻纯纺织物的影响，实验在单因素分析方法的基础上，进行正交实验设计，优化碱处理大麻纯纺织物工艺。具体方案如下：

A. 碱处理温度

碱浓度取90g/L，处理时间取30min，研究处理温度分别为40℃，50℃，60℃，70℃，80℃时。

B.碱处理时间

碱浓度取90g/L，处理温度取60℃，研究处理时间分别为10min，20min，30min，40min，50min。

C. 碱处理浓度

碱处理时间取30min，处理温度取60℃，研究处理浓度分别为30g/L，60g/L，90g/L，120g/L，150g/L。

1.2.2 试样制备

裁剪15块规格为40cm×40cm的大麻纯纺织物试样，按照1.2.1实验设计方案配置不同浓度的NaOH溶液，分置到100ml烧杯中，然后对试样进行碱处理，最后取出试样，使用蒸馏水反复冲洗直至其pH值呈中性，室温晾干后，进行性能测试。

1.3 测试标准

依据《GB/T 18318.1-2009 纺织品弯曲性能的测定第1部分：斜面法》对试样进行刚柔性测试；

依据《GB/T3819-1997纺织品织物折痕回复性的测定回复角法》对试样进行折痕回复性测试；

依据《GB/T5453-1997纺织品织物透气性的测定》对织物进行透气性测试。

2 结果与讨论

2.1 单因素实验

2.1.1 碱处理温度对大麻纯纺织物服用性能的影响

由图1(a)可见，随着温度的升高，织物的弯曲长度呈先减小后增加的趋势，在60℃时达到最小值，即柔软性最好；随着温度的升高，试样折痕回复角呈上升趋势，折痕回复性能在80℃时达到最佳。从图1(c)可清楚看到，随着温度的升高，织物的透气性呈先增大后减小再增大的变化趋势，在70℃时发生转折，80℃时透气性的数值最大；织物的OMMC数值随温度的升高呈现下降趋势，温度从70℃后基本稳定。这是因为在一定温度范围内，随着温度的升高，织物表面的一些杂质会被去除，同时一些非纤维素物质，如果胶等大分子链发生断裂而被部分去除，织物的综合性能得到改善[10]。综合考虑各项因素，碱处理温度对大麻纯纺织物服用性能的影响顺序为80℃>50℃=60℃>40℃>70℃，优选水平为：50℃、60℃和80℃。

(a)

(b)

(c)

(d)

2.1.2 碱处理时间对大麻纯纺织物服用性能的影响

(a)

(b)

(c)

(d)

由图2(a)、图2(b)、图2(c)和图2(d)可见，随着碱处理时间的增加，织物的弯曲长度缓慢增加，说明处理时间对织物的柔软性影响较小；随着处理时间增加，织物的折痕回复角先减小后增大，织物的透气性先增加后减小，主要原因是纤维上的果胶等物质被去除和纤维本身的溶胀作用。OMMC值先增后减再增加，在10min和50min时OMMC值基本相同。在一定范围内，随着处理时间的增加，织物的各项性能均有改善，随着时间的不断延长，各项性能变化明显，部分性能出现下降趋势。可见，选择合适的处理时间对碱处理工艺尤为重要。综合考虑各项因素，碱处理时间对大麻纯纺织物服用性能的影响顺序为10min=20min>40min>30min=50min，优选水平为：10min、20min和40min。

2.1.3 碱处理浓度对大麻纯纺织物服用性能的影响

如图3(a)、图3(b)、图3(c)和图3(d)可见，随着碱浓度的增加，织物的弯曲长度先减小后增大，在60g/L时达到最小值，即织物的柔软性最好；织物的折痕回复角随着碱浓度的增加，在120g/L时达到最大值，之后迅速下降，主要原因是纤维上的果胶等物质的去除需要达到一定的碱浓度，且存在最佳值。织物的透气性随着碱浓度的增加呈现先增加后减小的趋势。OMMC值随着碱浓度的增加，呈缓慢上升，说明碱浓度的增加对织物液态水分管理能力有促进作用，这主要是经过碱处理后，织物表面的蜡质被去除，纤维表面的沟槽和空洞变大，增加了水的“芯吸”作用[11]。综合考虑各因素，碱处理浓度对大麻纯纺织物服用性能的影响顺序为60g/L>120g/L=150g/L>30g/L>90g/L，优选水平为：60g/L、120g/L和150g/L。

(a)

(b)

(c)

(d)

2.2 正交实验

2.2.1 正交实验设计

根据单因素对大麻纯纺织物服用性能的影响实验结果，通过L9(33)的正交实验确定碱处理大麻纯纺织物的优化工艺，因素水平见表3。

表3 正交实验因素水平表

2.2.2 正交实验结果分析

采用指标：弯曲长度、折痕回复角、透气率以及OMMC对碱处理大麻纯纺织物服用性能的影响进行评价。正交实验设计和结果见表4。

表4 正交实验设计和结果

利用SPASS 17.0统计软件对结果进行计算分析，正交实验结果分析见表5，Ki代表各个因素对应水平得分的平均值，Ki值最大的则为最优水平；Ri代表各项测试指标均值最大值和最小值的极差，Ri值越大，则该因素对其测试指标影响越大。

表5 正交实验结果分析表

由均值分析可知，就弯曲长度而言，最佳工艺为：A2B2C2；就折痕回复角而言，最佳工艺为：A1B1C2；就透气率而言，最佳工艺为：A3B2C3；就OMMC而言，最佳工艺为：A2B3C3。综合均值分析，得出较优工艺为：A2B2C2，A2B2C3。

由极差分析可知，在处理温度、处理时间和碱浓度3个因素中，对弯曲长度的影响大小依次为碱浓度、处理温度、处理时间；对折痕回复角的影响大小依次为处理时间、碱浓度、处理温度；对透气率影响大小依次为处理温度、碱浓度、处理时间；对OMMC的影响大小依次为处理温度、处理时间、碱浓度。综合均值分析和极差分析，最终得到最优处理方案为A2B2C2，即：处理温度为60℃，处理时间为20min，碱浓度为120g/L。

2.3 优化工艺处理大麻纯纺织物

在最佳工艺下对大麻纯纺织物进行处理，实验结果见表6所示。经优化工艺处理后，大麻纯纺织物的柔软性、折痕回复能力、透气性以及OMMC值均有显著提高。

表6 碱处理大麻纯纺织物前后结果

3 结论

本实验主要探究了碱浓度、处理时间以及处理温度对大麻纯纺织物弯曲长度、折皱回复角、透气率和液态水分管理能力OMMC的影响。

就弯曲长度而言，最佳工艺为：A2B2C2，影响因素的显著性次序为碱浓度>处理温度>处理时间；就折痕回复角而言，最佳工艺为：A1B1C2，影响因素的显著性次序为处理时间>碱浓度>处理温度；就透气率而言，最佳工艺为：A3B2C3，影响因素的显著性次序为处理温度>碱浓度>处理时间；就OMMC而言，最佳工艺为：A2B3C3，影响因素的显著性次序为处理温度>处理时间>碱浓度。

根据单因素实验和三因素三水平正交实验，优化得到处理大麻纯纺织物的最佳工艺：碱浓度为120g/L，处理时间为20min，处理温度为60℃。

[1] Ebskamp M J M. Engineering flax and hemp for an alternative to cotton[J]. Trends in Biotechnology, 2002, 20(6): 229-230.

[2] 段亚峰，姚江薇. 竹浆纤维/涤纶/大麻纤维混纺面料的开发及其性能分析[J]. 纺织学报， 2013(10): 43-47.

[3] Takeda A, Tachi M. Use of additives to reduces sound transmission[J]. Additives for Polymers, 2012, 1995(6): 645-648.

[4] Quinonez G, Jose L. Modeling of energy requirements for fiber peeling and mechanical processing of hemp[D]. 2012.

[5] 张建春. 汗麻纤维的结构与性能[M]. 北京：化学工业出版社,2009.

[6] Waichiro T，Tokie N，Kyoko O，et al. Chemical modification of cotton fiber by alkali‐swelling and substitution reactions—acetylation, cyanoethylation, benzoylation, and oleoylation[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2010, 32(2): 5175-5192.

[7] 鞠金星，王宝权，吕站逵，等. 大麻纱线的碱改性柔软整理[J]. 大连工业大学学报，2012(3): 211-214.

[8] 张静，钟智丽. 碱处理对汉麻/棉混纺纱性能影响研究[J]. 山东纺织经济，2015(12): 34-37.

[9] Pejic B M, Kostic M M, Skundric P D, et al. The effects of hemicelluloses and lignin removal on water uptake behavior of hemp fibers[J]. Bioresource technology, 2008, 99(15): 7152-7159.

[10] 石文奇, 甘厚磊, 陈玉波,等. 果胶酶处理剑麻纤维的工艺探讨及性能表征[C]// 传化·全国印染助剂行业研讨会年会， 2014.

[11] 刘茜. 吸湿排汗纤维的开发及应用[J]. 轻纺工业与技术, 2003, 32(3):38-41.

2017-09-11

钟智丽(1962-)，女，博士，教授，硕士生导师，研究方向：先进纺织材料、高端产业用纺织品、纺织结构复合材料。

TS126

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1008-5580(2017)04-0057-05