苧麻織物柔軟工藝的優化

楊波，劉亞

（天津工業大學紡織學部，天津300387）

苧麻織物柔軟工藝的優化

楊波，劉亞

（天津工業大學紡織學部，天津300387）

采用正交試驗方法，以懸垂性、硬挺性作為參考指標，通過調整堿質量濃度、堿處理溫度、堿處理時間、酶質量分數、酶處理溫度、酶處理時間6個工藝參數，對苧麻織物柔軟工藝進行優化.經綜合平衡法分析得知：改善苧麻織物柔軟性的最佳工藝為堿質量濃度110 g/L，堿處理溫度18°C，堿處理時間15 min，酶用量為2%（owf），酶處理溫度55°C，酶處理時間20 min.

苧麻織物；柔軟工藝；堿處理；纖維素酶

苧麻織物具有優良的吸濕性、透氣性、散熱性以及抗菌性，穿著舒適、挺爽、自然[1-3].但由于其纖維大分子的結晶度和取向度高，纖維粗而剛硬，致使苧麻織物手感粗糙，有較強的硬挺感，服用性能受到影響[4-5].目前，國內外對改善苧麻織物柔軟性的方法進行了大量研究[4-9]，如生物酶整理技術、液氨或陽離子季銨鹽改性技術等.本文采用堿變性預處理后再進行纖維素酶整理工藝，通過調整堿濃度、堿化溫度、堿化時間、酶用量、酶作用溫度及酶處理時間等工藝參數，以期獲得改善苧麻織物柔軟性的最佳工藝方案.

1 實驗部分

1.1 實驗材料與儀器

所用原料包括：純苧麻坯布，規格為21 tex×21 tex，218根/（10 cm）×218根/（10 cm），湖南湘潭紡織廠產品；酸性纖維素酶，北京雙螺旋微生物培養基制品廠產品；α-淀粉酶，氫氧化鈉，分析純，濃硫酸，均為天津市化學試劑三廠產品.

所用儀器包括：BS223S型電子分析天平，北京賽多利斯儀器系統有限公司產品；HH-4型恒溫水浴鍋，常州國華電器有限公司產品；Y802K型快速八籃烘箱，萊州電子儀器有限公司產品；YG811型織物懸垂型測定儀，溫州紡織儀器廠產品；YG（B）022D型自動硬挺度試驗儀，溫州市大榮紡織儀器有限公司產品.

1.2 工藝流程

苧麻織物的柔軟整理工藝如下：純苧麻坯布→退漿處理（70℃，α-淀粉酶，pH=6.5，浴比1∶50）→堿處理→中和水洗（濃硫酸2 g/L，室溫，10 min）→纖維素酶處理（pH=5.0，浴比1∶20）→水洗→烘干.

1.3 實驗方案設計

本文針對退漿處理過的苧麻試樣，在堿處理和纖維素酶處理[10]2個重要環節，選用Ln（3m）型正交表進行正交試驗設計.本實驗共有6個影響因素，而L18（37）是滿足條件m≥6的最小的Ln（3m）型正交表[11]，其因素水平表如表1所示.

表16 因素3水平正交試驗設計Tab.1 Six factors and three levels of orthogonal experiment design

1.4 織物柔軟性能評價

（1）織物懸垂性測試.采用YG811型織物懸垂性測定儀，將直徑D=240 mm的圓形試樣平放在d=120 mm的試樣托盤上，試樣托盤上織物因自重下垂，呈懸垂形態，然后通過垂直方向投影，得到試樣懸垂后的投影圖形及投影面積.織物的懸垂性能用懸垂系數表示，其定義如下：

式中：AD為試樣面積（m2）；AF為試樣投影面積（m2）；Ad為小圓盤面積（m2）.

（2）織物硬挺性測試.采用YG（B）022D型自動硬挺度試驗儀，當試樣被從工作平臺上推出后，因自重作用彎曲下垂，接觸斜面檢測線時，測得伸出長度L，選側量角度為41.5°時

C≈L/2（2）

式中：C為抗彎長度（mm）；L為伸出長度（mm）.

2 結果與討論

2.1 最優工藝確定

對按照正交試驗方案進行柔軟性整理獲得的苧麻試樣進行懸垂性、硬挺性測試，實驗結果如表2所示.

根據綜合平衡法的思想，對懸垂系數、抗彎長度2個指標進行直觀分析，得到因素的主次和最優方案，分析結果如表3所示.表3中，Kij為第j列上水平為i的各實驗結果之和；kij=Kij/s，其中s為第j列上水平為i出現的次數，kij表示第j列的因素其水平為i時，進行實驗所得實驗結果的平均值；Rj= max{Kij}-min{Kij}，表示第j列的極差.

表2 正交試驗方案結果Tab.2 Orthogonal experiment results

表3 正交試驗結果分析Tab.3 Analysis of orthogonal experiment results

若要在18個試驗方案中選出最佳的柔軟整理工藝，則要求懸垂系數越小越好，抗彎長度越小越好.由表3可知，酶質量分數在所有的影響因素中作為最主要的因素作用效果最明顯，當其為D1時，懸垂系數較好，為D3時，抗彎長度較好，但在織物柔軟評價指標中抗彎長度更為重要，故選D3；堿質量濃度在因素主次中位列第二，當其為A3時，懸垂系數和抗彎長度兩項指標均為最佳；堿處理溫度B3和B1作用效果基本相同，本著降低消耗的原則，優選B1；同時，堿處理時間為C2時，懸垂系數和抗彎長度兩項指標均為最佳，故選C2；酶處理溫度為E3時，懸垂系數和抗彎長度兩項指標均為最佳，故選E3；酶處理時間F對懸垂系數和抗彎長度兩項指標的影響最小，為最不主要的因素，本著降低消耗，提高效率的原則，選擇F1.

綜合分析，最優方案為A3B1C2D3E3F1，即堿質量濃度為110 g/L，堿處理溫度為18°C，堿處理時間為15 min，酶質量分數為2%，酶處理溫度為55℃，酶處理時間為20 min.這一方案是經過理論分析得到的，正交試驗中方案7（A3B1C2D1E3F2）與其最為貼近，此時苧麻試樣懸垂系數為46.55%，抗彎長度為24.8mm.

2.2 堿處理對試樣懸垂性、硬挺性的影響

苧麻織物經堿處理后，纖維內部應力得到消除，手感明顯有所改善，表面柔軟.由表2、3可見：

（1）隨著堿質量濃度的提高，織物的懸垂系數降低，懸垂性提高，同時硬挺性變差.這是由于堿處理使得苧麻纖維活化、溶脹，消弱了纖維結晶區內羥基間的氫鍵結合力，使纖維素分子鏈間距離加大，從而懸垂性、硬挺性有所改善，但堿質量濃度不宜過大，否則織物強力下降很大[6].

（2）隨著堿處理溫度的提高，懸垂系數、抗彎長度Kij均呈現先增大后減小的變化趨勢.由于生成堿纖維素的過程是放熱反應，故溫度不宜過高，常溫下即可.

（3）隨著堿處理時間的延長，懸垂系數、抗彎長度均呈現先減小后增大的變化趨勢，可見堿處理時間不宜過長，否則會對苧麻織物產生不可恢復的破壞.

2.3 酶處理對試樣懸垂性、硬挺性的影響

苧麻織物經纖維素酶處理后，表面變得光滑，手感厚實柔軟，這主要是由于纖維素酶使纖維非結晶區部分水解，結晶區變小且結晶區之間的空隙變大，較容易產生相對運動，從而使纖維的抗彎剛度降低[7].由表2、表3可以看出：

（1）隨著酶質量分數的提高，懸垂系數Kij呈現增大的趨勢，抗彎長度Kij則表現相反.酶用量過低，苧麻纖維中的毛羽減少不充分，柔軟效果不明顯；但酶用量過大時，在毛羽減少的同時，纖維也發生了部分水解，織物強力下降[8].在柔軟性能評價中，抗彎長度較懸垂系數更能充分體現織物的柔軟性.當酶質量分數為2%時，抗彎長度Kij最小，纖維或毛羽與酶反應，輕度水解，但不影響纖維的內部結構，使直立或平直的毛羽由于剛度降低而彎曲，織物變得柔軟.

（2）酶在反應過程中，溫度對酶的活性至關重要，直接影響苧麻織物的柔軟性，由于酸性纖維素酶的使用溫度范圍應控制在60°C以下，當溫度升到某確定值時，酶開始逐漸喪失活性，故酶處理溫度為55°C時最佳.

（3）合適的酶處理時間有利于酶分子更好地作用于苧麻織物表面，但由表2表3可以看出，該因素在整個實驗過程中影響效果最不顯著，本著提高效率的原則，酶處理時間20 min最佳.

3 結論

（1）從苧麻織物柔軟整理效果得知：纖維素酶用量對織物柔軟性影響最為顯著，堿質量濃度次之，而酶處理時間對織物柔軟性影響最小.

（2）苧麻織物柔軟性整理的最佳工藝為：退漿處理（70℃，α-淀粉酶，pH=6.5，浴比1∶50），堿變性（110 g/L，室溫18℃，15 min），中和水洗（濃H2SO4，室溫，2 min），纖維素酶（2%（owf），55℃，20 min，pH=5.0，浴比1∶20）.整理后，織物的手感變得柔軟平滑，懸垂性增加，硬挺效果減弱，織物的柔軟舒適性得到了很大程度地改善，織物的服用性能得到了提高.

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[11]李云雁，胡傳榮．試驗設計與數據處理[M]．北京：化學工業出版社，2008：124-126.

Optimization of softening treatment of ramie fabric

YANG Bo，LIU Ya

（Textile Division，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China）

According to the orthogonal method，the softening treatment process of ramie fabric is researched by adjusting the alkali concentration，the basified temperature，the basified time，the enzyme dosage，the enzyme temperature and the enzymatic time.The test data of treated ramie fabric about drapability and stiffness are analyzed with the consolidated balance method analysis.The results show that the best process of improving ramie fabric softness is that the alkali concentration is 110 g/L，the basified temperature is 18°C，the basified time is 15 min，the enzyme dosage is 2%（owf），the enzyme temperature is 55°C and the enzymatic time is 20 min.

ramie fabric；softening treatment；alkali treatment；cellulase

TS195.15；TS106.83

A

1671－024X（2013）05－0026－03

2013-04-16基金項目：國家科技支撐計劃項目（2011BAE10B01）

楊波（1988—），男，碩士研究生.

劉亞（1974—），女，副教授，碩士生導師.E-mail：Liuya8353@163.com