周慧玲，朱俐莎，吴雄英，丁雪梅

(1.东华大学 服装与艺术设计学院，上海 200051；2.东华大学 现代服装设计与技术教育部重点实验室，上海 200051；3.上海海关，上海 200135)

羊毛纤维表面具有特殊的鳞片结构，在外力的作用下易发生定向摩擦效应，因此羊毛织物易因摩擦作用发生起毛起球现象，影响了织物的外观和服用性[1]。目前在羊毛织物抗起毛起球及表面整理方面的研究，其出发点均是如何减小羊毛纤维鳞片引起的定向摩擦作用，处理方式主要有：一是将羊毛纤维表面鳞片和类脂物质去除的减法整理[2-4]；二是在羊毛纤维和织物表面覆盖一层隔离层或交联层的加法整理[5-6]；三是取长补短的加减法结合整理[7-9]，但这些方法依然有利有弊。面对环保、高效和经济等各方面的社会需求，依然需要研发更加安全高效的羊毛织物整理工艺。

电雾化技术可产生高质量、单分散、直径在微/纳米尺度的液滴[10]。基于以上优点，电雾化技术一直以来都受到科研人员的关注，现已在空气净化[11-12]、抑菌除菌[13-15]、燃料雾化[16]、农业喷雾[17]、医药制备[18]、纳米材料[19]和薄膜制备[20-21]等方面广泛使用。在各领域应用过程中发现，电雾化技术不仅能显著提升工作效率，还可以减少材料的用量，对环境和资源起到了良好的保护作用。近年来，电雾化技术在纺织领域也开展了一些基础研究，并利用电雾化技术实现了增强或赋予织物功能性的效果，如织物的超疏水性[22]、拒油性[23]以及抗菌性[24]等，同时能显著地减少整理剂的使用量和自然排放量。本文利用电雾化技术对羊毛织物进行整理，选用羊毛织物表面整理中常见的环保型整理剂，旨在探究整理剂类型、溶液浓度和电雾化处理时间对羊毛织物抗起毛起球性能的影响，同时为新型织物的功能型整理工艺提供参考。

1 实验部分

1.1 实验材料

100%精纺羊毛针织物，浙江新澳纺织股份有限公司，羊毛纱线线密度为33 tex，针号为12针，纬平针，本白色，未经过染整处理。

过氧化氢，5%，广州格林沃尔生物医药技术有限公司；壳聚糖，生化试剂BR，国药集团化学试剂有限公司；稀醋酸，5%，广州臻萃质检技术服务有限公司。

1.2 实验装置

电雾化实验装置由课题组自行搭建，装置示意图如图1所示。具体包括：高压电源装置，电压量程为0～10 kV；推进供液系统，由注射器和推进泵组成；静电发生系统，由金属毛细针尖和金属圆板组成。高压电源的正负极分别与金属圆板和金属毛细针尖相连接，金属圆板中间十字镂空，推进泵推动注射器，整理剂从与注射器相连的金属毛细针尖处流出，通电后毛细针尖和金属圆板之间形成电场，在电场力、重力、表面张力以及空气阻力等多种力的作用下，毛细针尖处的液体会破碎成微小的液滴，并通过金属圆板中心镂空处沉积在织物表面。

图1 电雾化实验装置示意图Fig.1 Schematic diagram of electro-spraying experimental device

1.3 实验方法

溶液配制：稀释5%过氧化氢溶液配制成质量分数为1%和3%的溶液，利用量筒量取1%、3%、5%过氧化氢溶液各50 mL分别放入棕色塑料瓶中待用；利用电子天平分别称取0.1、0.4、0.7、1.0 g壳聚糖放入圆底烧瓶中，再分别加入99.9、99.6、99.3、99.0 g的1.0%稀醋酸，配制成质量分数分别为0.1%、0.4%、0.7%、1.0%的壳聚糖溶液，搅拌溶解至澄清溶液待用。

电雾化处理：每次实验使用注射器吸取4 mL整理剂，放置于推进泵中固定，设定壳聚糖溶液的施加电压为7.5 kV，液体流速为4 μL/min，过氧化氢溶液的施加电压为6.5 kV，液体流速为4 μL/min，金属毛细针尖至圆片距离为0.5 cm，接收距离为5 cm，处理时间分别为10、60和240 min。经预实验观察，电雾化产生的微粒作用面积约为直径12 cm的圆形区域，且逐渐远离中心处接收的液滴量越少，因此裁剪样品大小为4 cm×4 cm，每次处理3块试样，为保证样品整理的均匀性，每过1/3处理时间将试样调换一次中心位置(即毛细针尖正下方)，电雾化壳聚糖溶液整理后试样放置在110 ℃恒温烘箱中烘干5 min，以便壳聚糖溶剂更好地在织物上固定，电雾化过氧化氢溶液整理后，试样放置室温下至少16 h，自然干燥并充分发挥其氧化性。

1.4 性能测试与表征

1.4.1 抗起毛起球性能

参考GB/T 4802.2—2008《纺织品 织物起毛起球性能的测定 第2部分：改型马丁代尔法》，采用YG502型圆轨迹起球仪测试羊毛织物的抗起毛起球性能。评级所用灯箱为标准光源箱，对比起毛起球等级样卡，由3人进行主观评价，取平均值，结果数值越高，表明织物抗起毛起球性能越好。

1.4.2 表面形貌观察

采用Phenom扫描电子显微镜观察电雾化技术处理后的羊毛织物和纤维表面形貌，从而确定经过电雾化过氧化氢和壳聚糖溶液整理后对羊毛纤维表面鳞片的影响作用，并观察壳聚糖在羊毛表面的附着情况。

2 结果与讨论

2.1 电雾化处理壳聚糖溶液整理织物

图2示出壳聚糖质量分数和处理时间对羊毛织物抗起毛起球性能的影响。可以看出：壳聚糖溶液经电雾化处理在羊毛织物上后，随着壳聚糖质量分数的增加，抗起毛起球性能提升效果越好；同时，随着整理时间增长，抗起毛起球性能大体也逐渐提升，抗起毛起球等级较整理前最高可提升1级以上。

图2 壳聚糖质量分数和处理时间对羊毛织物抗起毛起球性能的影响Fig.2 Effect of chitosan mass fraction and treated time on anti-pilling performance of wool fabric

图3示出未处理样和电雾化壳聚糖溶液处理样的羊毛织物起毛起球情况对比。但对于较高浓度壳聚糖溶液(质量分数为1.0%)，电雾化处理时间为60 min 和240 min对羊毛织物的抗起毛起球性能改善效果区别不大。

图3 未处理和壳聚糖整理样品的起毛起球照片Fig.3 Pilling of untreated sample and chitosan finished samples.(a)Untreated;(b)1.0% chitosan treated 10 min;(c)1.0% chitosan treated 60 min;(d)1.0% chitosan treated 240 min

图4示出不同质量分数壳聚糖溶液整理后的纤维表面形貌。低质量分数壳聚糖溶液经电雾化处理后产生的微粒中溶质含量少，因此在织物上不能很好地包裹羊毛纤维(见图4(b))，质量分数高的壳聚糖溶液溶质含量高，具有较高的黏度，因此在相同的施加电压和液体流速下，电雾化产生的微粒粒径大，能包裹更多的羊毛纤维(见图4(c))。

图4 不同质量分数壳聚糖溶液整理后的纤维表面形貌(×1 000)Fig.4 Surface morphology of fibers after different chitosan concentration treatment(×1 000).(a)Untreated;(b)0.1% chitosan treated 240 min;(c)1.0% chitosan treated 240 min

图5示出壳聚糖溶液整理前后的羊毛织物表面形貌。较短时间内电雾化处理产生的壳聚糖微粒较少，织物上微粒附着量少(见图5(b))；随着电雾化处理时间增长，织物上接收到的壳聚糖微粒越来越多，对羊毛纤维的包裹也增多(见图5(c))，但电雾化产生的微粒主要附着在织物的表面，当壳聚糖质量分数过大，附着量过多后，可能会增加织物表面的摩擦因数，使得较长处理时间的抗起毛起球性能提升效果与短时间处理效果相比区别并不显著。另外，质量分数高，处理时间长易降低织物柔软感。

图5 壳聚糖溶液整理前后的羊毛织物表面形貌(×200)Fig.5 Surface morphology of wool fabric before and after chitosan solution treated(×200).(a)Untreated;(b)1.0% chitosan treated 10 min;(c)1.0% chitosan treated 240 min

2.2 电雾化处理过氧化氢溶液整理织物

过氧化氢溶液具有强氧化性，可对羊毛纤维表面鳞片进行腐蚀破坏，但过氧化氢质量分数过高，整理过度会破坏织物本身的优异性能，而电雾化技术处理可以极大地减少整理剂使用量。图6示出过氧化氢溶液质量分数和处理时间对羊毛织物抗起毛起球性能的影响。图7 示出未处理样和过氧化氢处理样的起毛起球情况。

图6 过氧化氢溶液质量分数和处理时间对羊毛织物抗起毛起球性能的影响Fig.6 Effect of hydrogen peroxide concentration and treated time on anti-pilling performance of wool fabric

图7 未处理样和过氧化氢处理样的起毛起球照片Fig.7 Pilling of untreated sample and hydrogen peroxide finished samples.(a)Untreated;(b)3% H2O2 treated 60 min;(c)5% H2O2 treated 240 min

从图6、7可以看出，电雾化较低质量分数(1%，3%)的过氧化氢溶液对羊毛织物进行整理后，羊毛织物的抗起毛起球性能都有一定的提升，其中电雾化3%过氧化氢溶液整理织物60 min效果最显著，抗起毛起球等级提升了0.5级以上，但较长时间(240 min)的电雾化处理后，羊毛织物的抗起毛起球性能反而下降。另外电雾化5%过氧化氢溶液整理织物60 min后，织物抗起毛起球性能提升效果低于10 min处理样品；电雾化处理240 min后，羊毛织物的抗起毛起球性能比原样差，且织物变薄变柔软，羊毛织物有较明显的发黄现象。原因可能是过氧化氢溶液对羊毛纤维表面鳞片的氧化作用随整理时间和溶液浓度的增加而增强，在适当氧化条件下，羊毛纤维表面鳞片变钝、变薄(见图8(b))，纤维的定向摩擦作用逐渐减弱，而长时间的电雾化处理(240 min)对羊毛纤维氧化破坏严重(见图8(c))，造成纤维表面粗糙度增加，摩擦因数变大。

图8 过氧化氢溶液整理前后的羊毛纤维表面形貌Fig.8 Surface morphology of wool fibers before and after hydrogen peroxide solution treated (×3 000).(a)Untreated;(b)5% H2O2 treated 10 min;(c)5% H2O2 treated 240 min

2.3 2种溶液协同电雾化整理织物

利用电雾化3%过氧化氢溶液和0.4%壳聚糖溶液协同对织物进行整理，处理时间分别为10、60和240 min，抗起毛起球性能对比结果见图9、10。结果显示，不同的电雾化处理时间下，过氧化氢溶液与壳聚糖溶液协同整理后的试样抗起毛起球性能都优于0.4%壳聚糖溶液单独电雾化整理样品。

图9 不同方式处理后羊毛织物抗起毛起球评级结果Fig.9 Anti-pilling rating results of wool fabricafter different waystreated

图10 不同方式处理下羊毛织物的起毛起球情况Fig.10 Pilling of wool fabric with different treat ways.(a)3% H2O2 treated 60 min;(b)0.4% chitosan treated 240 min;(c)Synergistic finished 240 min

图11示出 3%过氧化氢和0.4%壳聚糖溶液协同整理240 min后的羊毛纤维表面形貌。可以看出，协同处理后壳聚糖微粒能更好地包裹住羊毛纤维，并且通过图11(b)可以看到，电雾化过程中产生的次级粒子[25]可以附着在羊毛纤维上，原因可能是协同处理过程中过氧化氢溶液氧化了羊毛纤维表面的类脂物质，使得壳聚糖的附着率提高[26]。而电雾化单独处理壳聚糖溶液整理后，由于类脂物质的存在，壳聚糖微粒有从羊毛纤维上脱落的现象(见图4(c))。但在10和60 min的较短时间处理下，电雾化协同整理后羊毛织物的抗起毛起球性能提升效果次于3%过氧化氢溶液单独电雾化整理试样，在240 min的较长时间处理条件下，电雾化协同整理的试样抗起毛起球性能优于3%过氧化氢溶液单独电雾化整理试样，说明短时间内电雾化过氧化氢溶液对羊毛纤维表面进行氧化的减法整理效果对羊毛织物的抗起毛起球性能提升更高效，而长时间处理后，电雾化过氧化氢溶液和壳聚糖溶液协同整理可获得更好的抗起毛起球效果。

图11 3%过氧化氢和0.4%壳聚糖溶液协同整理240 min后的羊毛纤维表面形貌Fig.11 Surface morphology of wool fibers after synergistic finished 240 min with 3% hydrogen peroxide and 0.4% chitosan solution.(a)Chitosan coated fibers(×3 100);(b)Adhesion of secondary particles(×2 100)

3 结 论

电雾化技术整理羊毛织物后，织物抗起毛起球性能的提升和整理剂类型、溶液浓度和电雾化处理时间相关。壳聚糖溶液单独电雾化整理羊毛织物，织物的抗起毛起球性能随着溶液浓度的增加而提升，等级可提升1级以上。过氧化氢溶液单独电雾化整理羊毛织物后，织物的抗起毛起球性能提升可达到0.5级以上，但需要控制过氧化氢溶液的质量分数和电雾化处理时间，避免严重氧化羊毛纤维。

对于较短时间(60 min)的电雾化处理，过氧化氢溶液的氧化减法整理对羊毛织物抗起毛起球性能的提升效果优于壳聚糖溶液单独电雾化整理和过氧化氢溶液与壳聚糖溶液协同电雾化整理效果，但较长时间(240 min)的电雾化处理，过氧化氢和壳聚糖溶液协同电雾化整理后织物的抗起毛起球性能提升效果最好。