专利名称：纤维表面具有纳米结构的抗起毛起球羊毛织物及其制备方法
技术领域：
本发明属于纺织品的功能性加工领域，尤其涉及纤维表面具有纳米结构的抗起毛起球羊毛织物及其制备方法。
背景技术：
羊毛作为一种天然纤维，由于其手感柔软，质地坚牢，并具有良好的卷曲弹性和保暖性，光泽自然柔和，一直是比较高档的纺织原料，深受广大消费者的喜爱。但在穿着时纤维之间因静电、摩擦等原因互相缠结而形成难看的球状团块，从而影响服装的美观，一直是消费者、生产商以及研究人员的难题。
织物的起毛起球是一种物理现象。由于纤维的抱合力差，纤维端易露在外面，通过摩擦或污物聚集而形成毛球。一般在衣服的表面上暴露着纤维的茸毛，在穿着过程中，这些茸毛纵横交错和滚动，互相纠缠，再加上由于人体的摩察而产生的静电，使织物造成易吸尘、易脏，而这些污物的附着更容易产生起毛起球。
为减少织物的起毛起球现象，往往在织物的后期整理工序进行抗起毛起球处理。通常的方法有腐蚀法，即对织物采用蚁酸、醋酸、磷酸、硫酸或氯化锌、溴化锌、硝酸锌、季铵碱、碱土金属氢氧化物等，通过消除茸毛来达到抗起毛起球的目的，但这种方法会严重损伤纤维，无法确保羊毛原有的风格；另外还有树脂整理法，即通过有机硅树脂、聚丙烯酸酯树脂、聚氨酯树脂、三聚氰胺树脂等，还有用如毛纺科技1997年第3期中报道的丝素肽、特开平11-12945公开的水溶性环氧化合物等对织物进行整理，在织物表面形成一层薄膜，使茸毛无法互相缠结，从而达到抗起毛起球的目的，但这种方法耐久性差，经多次洗涤或摩擦后表面的薄膜会脱落，从而失去其抗起毛起球效果。
发明内容
本发明的目的之一在于克服目前羊毛织物易起毛起球的缺陷，提供一种纤维表面具有纳米结构的抗起毛起球羊毛织物。
本发明的再一目的是提供一种不使任何化学试剂制备纤维表面具有纳米结构的抗起毛起球羊毛织物的方法，该方法是通过低温等离子体这种干式处理工艺在羊毛纤维表面构造纳米级凹凸结构，以及使羊毛纤维表面产生亲水性基团来实现。
本发明通过用低温等离子体这种干式处理工艺对羊毛纤维表面进行物理与化学改性，首先在羊毛纤维表面构造纳米级凹凸结构，大大增加羊毛纤维的比表面积，使羊毛纤维之间的抱合力提高，不让毛茸露出到外面，同时在羊毛纤维表面产生亲水性基团，使羊毛纤维的抗静电性得以提高，从而达到抗起毛起球的目的。
当利用低温等离子体处理织物时，低温等离子体中含有的离子、激发态分子、自由基等多种活性粒子与纤维表面进行各种相互作用。该处理会对纤维表面产生侵蚀作用，其原因大体上有两种一种是等离子体中的电子、离子等粒子撞击纤维表面的溅射侵蚀。另一种是等离子体中的化学活性种对纤维表面的化学侵蚀。就是这两种侵蚀作用使羊毛纤维表面产生纳米级凹凸结构。同时低温等离子体处理能有效地使纤维表面层产生大量自由基，该自由基接触到空气后便转换成羧基、氨基、羟基等亲水性基团。
本发明的纤维表面具有纳米结构的抗起毛起球羊毛织物，是指构成羊毛织物的纤维表面具有纳米级凹凸形状的结构，其纳米级凹凸结构的形状有多种多样，其凹处的直径或宽为30～200nm。
本发明的纤维表面具有纳米结构的抗起毛起球羊毛织物的制备方法是，将羊毛织物放入低温等离子体处理腔内，然后将处理腔内的压力抽至小于或等于10Pa，通入非聚合性气体调节处理腔内的压力为10～170Pa，优选26～130Pa，更优选26～85Pa；然后开始放电，进行低温等离子体处理；功率是10～300W，优选30～200W，更优选50～100W，处理时间1～60min，优选1.5～30min，更优选5～20min。
在低温等离子体处理时，若真空度过低，电子的平均自由程小，电子在一个碰撞周期内从外电场获得的能量小，因而能量高到足以激发电离气体分子或原子的电子数目少，等离子体氛围中活性粒子的数目少，能量低，作用于羊毛表面后的效果差；若真空度过高，气体稀薄，粒子数目本身就少，可用于激发、电离生成活性粒子的粒子数目就更少，因而作用于羊毛表面的粒子数量少，两个相反因素使得当真空度适中时，才可获得最佳的处理效果。低温等离子体处理时，若放电功率太小，则所需处理时间过长；功率若太大，放电不稳定，反应不好控制。处理时间若过短，起不到效果；若过长，对纤维损伤较大。
所述的通入的气体是空气、氧气、氮气、二氧化碳、氩气、氦气、氨气等非聚合性气体或它们的任意混合气体。但从操作的简易性和成本考虑优选使用空气。
对上述低温等离子体处理后的羊毛织物，可以进一步进行柔软整理或其它整理，以提高其服用性能。
所述的柔软整理是使用柔软剂，将柔软剂配制成浓度为20～60g/L、浴比1∶20～1∶60的整理液，在25～40℃温度下将羊毛纤维浸渍在该整理液中20～40min，取出轧液，轧液率为70～90％，然后在70～90℃温度下预烘5～20min，以及在100～170℃温度下烘焙1～4min。
所述的柔软剂可以使用从市场买来的或自制的如氨基有机硅类柔软剂、脂肪酸酰胺类柔软剂、聚醚改性有机硅类柔软剂或高分子脂肪醇类柔软剂等通常的柔软剂。但从效果和成本考虑优选使用氨基有机硅类柔软剂。
本发明采用低温等离子体对羊毛织物进行处理，在羊毛纤维表面构造纳米凹凸结构，大幅度增加羊毛纤维的比表面积，使羊毛纤维之间的抱合力提高，同时在羊毛纤维表面产生亲水性基团，使羊毛纤维的抗静电性得以提高，从而使羊毛织物具有优异的抗起毛起球效果。如果进一步结合使用柔软整理，可以得到抗起毛起球性和手感同时优异的羊毛织物。该技术无废水排放、无环境污染、并可节约能源，具有显著的经济效益和社会效益。
图1比较例1未处理羊毛纤维的电子扫描显微镜照片。
图2实施例1经处理羊毛纤维的电子扫描显微镜照片。
下面结合实施例和比较例进一步说明本发明，但本发明并不局限于此。
具体实施例方式
实施例1将羊毛织物裁成直径为13cm的圆形样品，放入低温等离子体反应室内，抽真空，当反应室内压力达到4Pa时开始通入空气使反应室内真空度平衡在26Pa，然后开始放电，进行低温等离子体处理，用200W功率进行30min的放电处理。得到的纤维表面具有纳米级凹凸结构，其凹处的直径或宽为30～200nm。
实施例2将羊毛织物裁成直径为13cm的圆形样品，放入低温等离子体反应室内，抽真空，当反应室内压力达到7Pa时开始通入氧气使反应室内真空度平衡在160Pa，然后开始放电，进行低温等离子体处理，用50W功率进行60min的放电处理。得到的纤维表面具有纳米级凹凸结构，其凹处的直径或宽为30～200nm。
实施例3将羊毛织物裁成直径为13cm的圆形样品，放入低温等离子体反应室内，抽真空，当反应室内压力达到7Pa时开始通入氦气/氮气(体积比为6/4)使反应室内真空度平衡在67Pa，然后开始放电，进行低温等离子体处理，用300W功率进行1min的放电处理。得到的纤维表面具有纳米级凹凸结构，其凹处的直径或宽为30～200nm。
实施例4将羊毛织物裁成直径为13cm的圆形样品，进行与实施例1相同的空气低温等离子体处理，得到的纤维表面具有纳米级凹凸结构，其凹处的直径或宽为30～200nm。然后把该空气低温等离子体处理后的羊毛织物用AV-910氨基改性硅柔软剂(先进有限公司生产)进行柔软整理。其中，柔软剂的使用浓度为30g/L、浴比为1∶30、织物在40℃浸渍30分钟后取出，在80℃预烘20分钟并在150℃烘焙2分钟。
比较例1将羊毛织物裁成直径为13cm的圆形样品，不进行任何处理。
比较例2将羊毛织物裁成直径为13cm的圆形样品，不进行低温等离子体处理，直接进行与实施例4相同的柔软整理。
纤维表面结构分析使用JSM-6700F型电子扫描显微镜观察羊毛表面结构。
比较图1与图2可以知道，经低温等离子体处理后的羊毛纤维表面产生纳米级凹凸结构，其凹处的直径或宽为30～200nm。该凹凸结构将大大增加羊毛纤维比表面积，增加纤维间的抱合力。
亲水性测试用注射器将去离子水滴到织物上，观察水在织物上的铺展情况。将实施例1～3和比较例1的亲水性测定结果示于表1。
表1
从上述表1可以知道经低温等离子体处理的羊毛织物亲水性大大提高，这有利于消除纤维间摩擦引起的静电，从而对织物的抗起毛起球性做贡献。
抗起毛起球性测试将上述实施例1～4及比较例1、比较例2的羊毛织物在室内放置24小时，然后采用YG502型起毛起球仪(山东莱州电子仪器有限公司制造)按照GB/T 4802.1-1997《纺织品织物起球试验圆轨迹法》对处理前后羊毛织物进行起球测试。具体评价方法如下。
5级稍发毛无起球。
4级发毛轻微起球。
3级中等起球。
2级较严重起球。
1级严重起球。
手感测试靠手的感官测试来分为四类。具体评价及表示方法如下。
◎非常柔软；○柔软；△手感稍微差些，但还具有作为羊毛织物的柔软性；×手感明显变化，已经没有作为羊毛织物的柔软性。
将上述实施例1～4及比较例1、比较例2的羊毛织物抗起毛起球性测试结果以及手感测试结果表示在下表2。
表2
从上表2可以知道，经低温等离子体处理后的羊毛织物抗起毛起球性得到显著提高，但多少影响到手感。而在低温等离子体处理后通过进一步进行柔软整理来得到抗起毛起球性和手感同时优异的羊毛织物。
权利要求
1.一种纤维表面具有纳米结构的抗起毛起球羊毛织物，其特征是在构成羊毛织物的纤维表面具有纳米级凹凸形状的结构。
2.如权利要求1所述的羊毛织物，其特征是所述的纤维表面具有纳米级凹凸形状的凹处的直径或宽为30～200nm。
3.一种如权利要求1～2任一项所述的纤维表面具有纳米结构的抗起毛起球羊毛织物的制备方法，其特征是将羊毛纤维放入低温等离子体处理腔内，然后将处理腔内的压力抽至小于或等于10Pa，通入非聚合性气体调节处理腔内的压力为10～170Pa，然后开始放电，进行低温等离子体处理，功率是10～300W、处理时间1～60min。
4.如权利要求3所述的方法，其特征是所述的非聚合性气体是空气、氧气、氮气、二氧化碳、氩气、氦气、氨气或它们的任意混合气体。
5.如权利要求3所述的方法，其特征是所述的通入非聚合性气体调节处理腔内的压力为26～130Pa。
6.如权利要求5所述的方法，其特征是所述的通入非聚合性气体调节处理腔内的压力为26～85Pa。
7.如权利要求3所述的方法，其特征是所述的放电功率为30～200W。
8.如权利要求7所述的方法，其特征是所述的放电功率为50～100W。
9.如权利要求3所述的方法，其特征是在低温等离子体处理步骤后进一步有柔软整理步骤，所述的柔软整理是使用柔软剂，将柔软剂配制成浓度为20～60g/L、浴比1∶20～1∶60的整理液，在25～40℃温度下将羊毛纤维浸渍在该整理液中，取出轧液，轧液率为70～90％，然后在70～90℃温度下预烘，以及在100～170℃温度下烘焙。
10.如权利要求9所述的方法，其特征是所述的柔软剂是氨基有机硅类柔软剂、脂肪酸酰胺类柔软剂、聚醚改性有机硅类柔软剂或高分子脂肪醇类柔软剂。
全文摘要
本发明属于纺织品的功能性加工领域，尤其涉及纤维表面具有纳米结构的抗起毛起球羊毛织物及其制备方法。本发明是通过将羊毛织物放入低温等离子体处理腔内，然后将处理腔内的压力抽至小于或等于10Pa，通入非聚合性气体调节处理腔内的压力为10～170Pa，开始放电进行低温等离子体处理，在功率10～300W下处理1～60min，在羊毛纤维表面构造纳米级凹凸结构，同时在羊毛纤维表面产生亲水性基团，从而得到抗起毛起球性优异的羊毛织物。对低温等离子体处理后的羊毛织物，可以进一步进行柔软整理等其他功能性整理。该技术不使用任何化学试剂，无废水排放、无环境污染、并可节约能源，具有显著的经济效益和社会效益。
文档编号D06M10/02GK1548643SQ03123908
公开日2004年11月24日 申请日期2003年5月20日 优先权日2003年5月20日
发明者金鲜英, 刘必前, 江雷 申请人:中科纳米技术工程中心有限公司