石墨烯锦棉梭织面料的开发

2021-07-09楚云荣张鲁滨孙红玉贾荣霞

染整技术 2021年6期

楚云荣，张鲁滨，孟鑫，孙红玉，贾荣霞

（1.华纺股份有限公司技术中心，山东滨州 256617；2.滨州华纺工程技术研究院有限公司，山东滨州 256617；3.山东省短流程印染新技术重点实验室；山东滨州 256617）

石墨烯的优点是能赋予复合材料优良的力学、电学、热学、防辐射、抗菌等功能特性，具有远红外功能，对6～14 μm 远红外线的法向发射率达88%；具有抑菌功能，抑菌率达到99%；具有吸湿透气功能，吸收皮肤散发的湿气及汗液，使肌肤保持干爽；具有抗静电功能，低的表面电阻率能将静电荷迅速逸散，抑制和减少静电荷；还可以作为纳米增强多功能添加剂提高复合纤维的性能。缺点是石墨烯为黑色，无法实现靓丽颜色；材料中质量分数超过3%，会使织物强力下降。

石墨烯材料如图1所示。

图1 石墨烯材料

石墨烯是从碳材料中剥离出来、由碳原子组成的材料，有光、电、磁、机械等物理性能和化学性质。生物质石墨烯以植物秸秆为原料，将植物秸秆中的半纤维素、木质素、纤维素进行分离、纯化，利用基团配位组装析碳原理制造石墨烯；然后与锦纶以不同比例，设计不同效果的石墨烯服装面料。石墨烯锦纶纤维如图2所示。

图2 石墨烯锦纶纤维

将氧化石墨烯水溶液纺制成长达数米的纤维，并采用化学还原的方法进行处理，得到了石墨烯锦纶纤维，其性能见表1。

表1 石墨烯锦纶纤维的性能

一般锦纶纤维的相对分子质量为1.5 万～3.0 万，优点是机械强度高，软化点高，耐热，摩擦系数低，耐磨损，具有自润滑性、吸震性和消音性，耐油、耐弱酸、耐碱和一般溶剂，电绝缘性好，有自熄性，无毒，无臭，耐候性好；缺点是吸水性大，影响尺寸稳定性和电性能，纤维增强可降低树脂吸水率，使其能在高温、高湿下加工，染色性差。棉纤维的优点是吸湿性强，耐碱、保温、透气性能好等；缺点是缩水率较大，为4%～10%，耐光性、耐热性一般，不耐酸，微生物对棉织物有破坏作用，不耐霉菌。结合锦纶、棉的优点和石墨烯的功能，设计石墨烯锦棉梭织面料。

1 实验

1.1 材料与仪器

织物：石墨烯锦纶36.8 tex，石墨烯锦纶59.0 tex，全棉36.8 tex，全棉59.0 tex，织物规格为C/N 36.8 tex×59.0 tex，密度402×212，织法3/1，幅宽160 cm。染料：还原黑RGB 100%（思润德），还原蓝DB 100%（中商环迅），还原红F3B 100%（沃尔德）。助剂：氢氧化钠（NaOH），退浆剂，双氧水（H2O2），双氧水稳定剂，氧漂剂，分散螯合剂HF-1，氯化钠（NaCl），保险粉，柔软剂，防沾皂洗剂DL-106。

仪器：烧毛机，退浆机，定形机，丝光机，打底机，焙烘机，还原皂洗机，拉幅机，预缩机，SF600PLUSCT 电脑测色配色仪，Y571B 型摩擦牢度测试仪，SW-12A 耐洗色牢度实验机。

1.2 工艺流程

石墨烯锦棉梭织产品工艺流程设计如下：翻缝→退浆氧漂→定形→丝光→打底机染色→焙烘→还原皂洗→拉幅→预缩。

1.3 石墨烯锦棉染整工艺

1.3.1 前处理工艺

退浆工艺：烧碱28～30 g/L，退浆剂6 g/L，分散螯合剂HF-1 2 g/L，温度102 ℃，时间50 min。

氧漂工艺：烧碱3～4 g/L，双氧水5～6 g/L，双氧水稳定剂5～6 g/L，氧漂剂6 g/L，分散螯合剂HF-1 2 g/L，温度95 ℃，时间40 min。

定形工艺：温度210 ℃，时间20～30 s，成品幅宽165 cm。

丝光工艺：烧碱210～220 g/L，时间50～60 s，幅宽160 cm。

前处理后半成品指标见表2。

表2 前处理后半成品指标

1.3.2 染色工艺

打底机染色（藏蓝）工艺配方：还原黑RGB 100%3.00 g/L，还原蓝DB 100%4.00 g/L，还原红F3B 100%0.55 g/L，分散螯合剂HF-1 2 g/L。工艺条件：轧染，轧余率45%～50%，烘干温度80～100 ℃。打底机染色后半成品指标见表3。

表3 打底机染色后半成品指标

1.3.3 还原皂洗机汽蒸固色

工艺配方：还原液烧碱38～40 g/L，保险粉38～40 g/L，皂洗液烧碱3～6 g/L，防沾皂洗剂DL-106 3 g/L。工艺条件：汽蒸温度102 ℃，时间70～80 s；皂洗温度95 ℃，时间5 min。染色固色后半成品指标见表4。

表4 染色固色后半成品指标

1.3.4 后整理工艺

拉幅工艺：柔软剂20 g/L，温度140～150 ℃，时间50 s，幅宽160 cm。预缩工艺：缩率3%，温度105 ℃。染色成品指标见表5。

表5 染色成品指标

2 结果与讨论

石墨烯锦纶在前处理工艺中，原料测试数据与经过烧碱-双氧水处理后数据无变化。石墨烯锦纶染色不受染料、固色液及后整理影响。石墨烯功能化后的抑菌率见表6。由表6 可知，石墨烯梭织面料，印染加工按设定工艺流程进行，抑菌率正常。根据GB/T 30127—2013《纺织品远红外性能的检测和评价》进行测试，石墨烯远红外发射率为0.85，远红外辐照温升为1.6 ℃。综上所述，具有远红外功能、抑菌功能、吸湿透气功能、抗静电功能。