棉纖維表面非纖維素物質對漿液黏附力的影響

岳鵬飛 祁 彬 姚一軍 沈艷琴

（西安工程大學，陜西西安，710048）

棉纖維表面的非纖維素物質可保護細胞免受環境的破壞和真菌的侵入［1］。但是，這些非纖維素物質形成了天然疏水層，對產品加工造成不便，如漿紗、染 色 、印花、后整 理等［2?3］。?ZLENEN Erdem Ismal研究發現纖維表面的蠟質以及纖維表面狀態的改變對棉纖維吸濕性影響顯著［4］。楊倩、范雪榮等人則發現影響棉纖維潤濕性的主要物質是棉蠟，去除果膠有利于更好地去除棉蠟，因為果膠在初生胞壁的外層作為一種凝集劑，將其他非纖維素物質黏附在一起［5?6］。單純地利用果膠酶去除果膠，棉紗的潤濕性不會提高。通過堿性果膠酶［7］、等離子體處理［8］、生物酶［9］等方法雖可有效去除棉纖維中的非纖維素物質，但都是在漿紗工序之后完成，所以有必要研究棉纖維表面的非纖維素物質對棉紗上漿性能的影響規律。

中低溫漿紗技術作為一種節能環保型漿紗技術受到了重視［10?13］。近年來，已有研究者通過半糊化漿紗［14］、中低 溫水溶性 淀粉［15?16］、滲透劑 處理［17］等方法對中低溫漿紗技術開展了大量研究，取得了很大的成果。但是目前中溫漿紗技術漿紗效果不夠理想，表現為難以上漿、黏附力差。本研究就中溫和高溫條件下非纖維素物質對漿液與棉紗黏附力的影響規律作以探討，為中溫漿紗技術推廣提供幫助。

1 試驗部分

1.1 試驗材料及儀器

主要材料：棉14.6 tex紗、棉粗紗（西安紡織集團有限責任公司）；堿性果膠酶、氫氧化鈉、苯、乙醇、硫酸銅（天津天力化學試劑有限公司）；精練劑JFC（西安科洛化學試劑有限公司）；SPR中溫水溶淀粉（荷蘭AVEBE漿料公司）。

主要儀器：JC2000C3型接觸角測量儀（北京商德通科技有限公司）；YG（B）371型毛細管效應測定儀（溫州際高檢測儀器有限公司）；HD026N+型織物強力儀（南通宏大實驗儀器有限公司）；HWS?250型恒溫恒濕箱（上海精宏實驗設備有限公司）；Quanta?450?PEG型掃描電子顯微鏡（美國PEI公司）；ISH500型光學顯微鏡（上海測維光電技術有限公司）；SF600型電腦測配色儀（美國Datacolor公司）；NETZSCH STA449 F3型熱分析TG/DSC聯用儀（德國耐馳公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 棉紗的前處理方法

脫蠟處理：純棉細紗、粗紗用苯?乙醇（體積比2∶1）溶液在80℃下索氏抽提3 h，然后將樣品取出在室溫下晾干。

堿精練處理：將棉紗浸漬在含有Na OH質量分數3%、精練劑JFC質量分數0.2%的溶液中，浴比1∶20，處理溫度95℃～100℃，處理90 min，將紗線洗凈室溫下晾干。

果膠酶處理：將棉紗浸漬于0.5 g/L果膠酶溶液（p H=8.5）中，浴比1∶20，水浴溫度50℃下反應60 min，150 r/min速度振蕩，反應結束后將反應體系加熱至沸10 min，將酶失活，取出樣品充分水洗后在室溫下晾干。

熱水處理：將純棉原紗沸水浴煮煉90 min后于室溫下晾干。

1.2.2 棉紗芯吸高度測試

將棉紗均勻纏繞在自制鐵架框上，在不同溫度水中處理一定時間，晾干后于恒溫恒濕箱（相對濕度65%，溫度25℃）平衡24 h，測試紗線的芯吸高度。測試樣長度300 mm，一端固定，另一端用張力夾夾住，期間保持附加張力相同，防止退捻，浸入深度5 mm。重鉻酸鉀溶液質量分數3%，溶液溫度（27±2）℃。測試30 min內溶液上升的高度，每個試樣測試20次，取平均值。

1.2.3 棉紗水滴吸收時間測試

將紗線在不同溫度水中處理一定時間，晾干后，在恒溫恒濕箱（相對濕度65%，溫度25℃）里平衡24 h，將紗線均勻纏繞在載玻片上，采用JC2000C3型接觸角測量儀測試棉紗的水滴吸收時間。將纏好的紗線水平鋪放，距紗線1 cm處垂直滴下水滴（約0.02 mL），記錄水滴被紗線全部吸收所需的時間，樣本容量10。

1.2.4 棉紗中所含非纖維素物質的量

稱取5 g原棉試樣，在105℃～110℃條件下烘至恒重，然后放置在預先配好的質量分數3%NaOH溶液、質量分數0.2%JFC溶液中，浴比1∶20，在沸水浴中煮90 min，烘干后稱其質量。處理前后的差值即所含非纖維素物質的量。

1.2.5 棉紗中非纖維素物質去除率

將約2 g棉紗均勻纏繞到自制的鐵框上，放入烘箱烘干到恒重。在不同溫度水中處理一定時間，自然條件下晾干后，烘干到恒重。處理前后的差值除以非纖維素物質的量即為非纖維素物質的去除率。

1.2.6 其他測試

參照文獻［18］的方法測試粗紗黏附力。拉伸速度50 mm/min，夾持間距100 mm，樣本容量10。

采用掃描電鏡對棉纖維表面形態進行觀察，放大倍數8 000倍；采用光學顯微鏡觀察棉纖維的染色效果，放大倍數60倍。

采用配色儀測定棉纖維的銅鹽染色效果。

采用熱分析TG/DSC聯用儀測定棉蠟的熔點。溫度測定范圍0℃～100℃，溫度以10℃/min的速度上升。

2 結果與分析

2.1 棉纖維中非纖維素物質的成分分析

脫蠟前后棉纖維表面形態如圖1所示。從圖1可以看出，棉纖維表面均勻包覆著呈漆膜狀的蠟質，其下方可以看到棉纖維生長過程中由纖維素在初生胞壁沉積而成的原纖網狀組織，這些原纖網狀組織與纖維軸近似平行。棉紗經脫蠟處理后，下方的原纖網狀組織粗糙程度明顯增加，可見棉蠟分布在棉纖維的最外層。

圖1 原棉纖維與脫蠟棉纖維表面的電鏡照片

脫蠟前后棉纖維的銅鹽染色效果如圖2所示。由圖2可以看出，棉纖維經過脫蠟處理后，染色效果明顯優于未脫蠟的棉纖維?？梢娒撓炃懊尴灳鶆蚍植荚诶w維的外表面，阻礙了銅離子與果膠中游離的羧酸根離子結合，所以銅鹽染色淺；脫蠟之后的棉纖維使果膠暴露出來，有利于銅鹽染色，表明果膠存在于棉蠟的下方，棉蠟分布在棉纖維的最外層。

圖2 脫蠟前后棉纖維銅鹽染色顯微鏡照片

提取棉纖維上的蠟質，采用差示掃描量熱法測定棉蠟的熔點，結果如圖3所示。從圖3可以看出，棉蠟的差示掃描量熱曲線中出現了3個熔融峰，說明棉蠟的熔點為52℃、67℃和74℃。

圖3 棉纖維蠟質的差示掃描量熱曲線

2.2 非纖維素物質對棉紗潤濕性的影響

原紗的芯吸高度為0.2 cm，對棉紗分別進行果膠酶處理、熱水煮煉、脫蠟處理、脫蠟/果膠酶處理、堿精練處理，處理后棉紗的芯吸高度分別為1.3 cm、1.8 cm、2.6 cm、2.8 cm、3.2 cm。由此可以看出，堿精練處理去除了棉紗上非纖維素物質，使棉紗的潤濕性提高。熱水溫度高于棉蠟的熔點時，棉蠟熔融分散到熱水中，改善了棉纖維潤濕性，芯吸高度上升，非纖維物質對棉紗的潤濕性有較大的影響，可視為一個物理性的憎水阻擋層，而脫蠟處理使紗線的潤濕性得到提高。但經果膠酶處理后，棉紗的潤濕性仍然不足，說明僅僅去除果膠質對棉纖維的潤濕性改善不明顯。脫蠟處理后再經過果膠酶處理，棉紗的潤濕性得到很大提高，表明棉蠟分布在棉纖維的表面，果膠分布在棉纖維的初生胞壁，并使其他非纖維素物質黏合在一起。棉蠟是非纖維素物質中影響棉紗潤濕性的主要因素。

2.3 水處理溫度、時間對棉紗潤濕性的影響

在漿紗過程中，漿紗機速度決定了棉經紗在漿槽中所停留的時間，通常紗線在漿槽中停留2 s～4 s，時間較短。因此對不同水溫處理不同時間的棉紗的芯吸高度、水滴吸收時間、非纖維素物質的去除率進行測試，結果如表1所示。

表1 熱處理溫度和時間對棉紗潤濕性、非纖維素物質去除率的影響

從表1可以看出，原紗潤濕性差，而隨著熱水溫度的升高和處理時間增加，棉蠟去除，更多的纖維素點暴露出來，棉紗的潤濕性越來越好。從表1還可以看出，水溫對非纖維素物質的去除率影響很大，但是隨著水處理時間縮短，處理溫度對非纖維素物質的去除率影響減小。這是因為棉纖維上棉蠟去除需要一定的時間。上述結果表明，棉蠟需經95℃處理5 s左右的時間才可以去除。而95℃熱水處理3 s后，非纖維素物質去除率雖沒有增加，但熱水改變了棉纖維上疏水性非纖維素物質的重新分布，使纖維素點暴露出來，棉紗的潤濕性得到提高。

2.4 非纖維素物質對漿液與棉紗黏附力的影響

采用中溫可溶淀粉漿料SPR測試漿液與棉紗的黏附力。表2為在不同的漿液溫度下，SPR漿液對原棉粗紗和堿精練棉粗紗上漿率和黏附力的影響。

表2 非纖維素物質對漿液與棉紗黏附力、上漿率的影響

從表2可以看出，在不同的漿液溫度下，漿液對堿精練棉粗紗的黏附力變化很小，說明去除非纖維素物質后，漿液溫度的變化對漿液與棉紗黏附力的影響較小。而對于原棉纖維，漿液溫度顯著影響到了漿液對棉紗的黏附力，這是由于測定黏附力的過程中棉粗紗在高溫漿液中浸漬5 min，棉纖維表面的棉蠟熔融到漿液中，漿液對棉紗的親和性提高。

從表2還可以看出，隨著漿液溫度的降低，原棉粗紗上漿率迅速下降，而堿精練粗紗上漿率變化很小，由此說明去除棉纖維表面的非纖維素物質有利于漿液對棉紗的滲透，提高上漿率。

3 結論

（1）棉纖維表面的非纖維素物質影響漿液對棉紗的滲透性和潤濕性能。高溫漿液與中溫漿液對棉紗的黏附性和上漿率有顯著差異。

（2）棉蠟呈漆狀分布在棉纖維的外層，果膠分布在棉蠟的下方，棉蠟的熔點在50℃～75℃。

（3）溫度高于棉蠟熔點的水可使棉纖維上棉蠟熔融再分布，暴露出更多的纖維素接觸點，可使棉紗的潤濕性得到提高。