從20世紀(jì)50年代起.隨著合成纖維的出現(xiàn).仿真絲,仿毛,仿麻等性能優(yōu)異的纖維相繼嶄露頭角.其后是Lyocell等綠色環(huán)保纖維的問世.給棉纖維帶來了沖擊。但是棉纖維作為一種具有良好吸濕性.透氣性.保暖性及柔軟手感的天然纖維素纖維經(jīng)受住了考驗.在紡織材料領(lǐng)域繼續(xù)扮演著重要角色。進(jìn)入21世紀(jì),合成技術(shù),仿真技術(shù)等一系列高新技術(shù)的完善,生物工程,基因工程等新興學(xué)科的興起,使得新品種,高性能,多功能的紡織纖維材料層出不窮,這在客觀上對棉纖維提出了新的要求。為了充分開發(fā)棉纖維潛在的功能,對棉纖維進(jìn)行各種改性研究,提高棉纖維的附加值和性能已成為人們研究的一大方向。但是,傳統(tǒng)的棉纖維改性技術(shù)存在著許多弊端,如樹脂整理后會使棉織物上殘留和釋放出甲醛;偶氮染料染色的棉纖維上會含有致癌的芳香胺;在棉纖維漿科中存在具有相當(dāng)生物毒性的五氯苯酚,殘留在紡織品中會危害人體健康。因此近年來,許多國家正在不斷地探索棉纖維的綠色改性技術(shù),開發(fā)研究綠色棉纖維產(chǎn)品,并已取得了一系列新的進(jìn)展。?xml:namespace>
1化學(xué)處理方法
傳統(tǒng)的化學(xué)試劑包括酸、堿溶液處理,雖可改變棉纖維的形態(tài)和微結(jié)構(gòu),達(dá)到改善纖維性能的目的,但這些化學(xué)藥劑也會對人體產(chǎn)生一些不良影響,并對環(huán)境污染嚴(yán)重。而綠色技術(shù)在處理中選用的是綠色環(huán)保整理劑和染料。這些材料一般可自然降解,無毒性,有利于環(huán)保。
1.1殼聚糖整理
殼聚糖又稱脫乙酰甲殼質(zhì),可溶性甲殼質(zhì),是甲殼素脫去乙?;蟮漠a(chǎn)物。殼聚糖在自然界資源豐富。主要來源于廢棄的蝦.蟹殼類。殼聚糖具有許多特殊的性能,如良好的生物降解性,生物相容性,無毒,無污染等。殼聚糖能溶解在醋酸、苯甲酸等稀酸水溶液中,分子上的伯氨基被質(zhì)子化.形成帶正電荷的氨基離子一NH4+。而棉纖維浸在水介質(zhì)中時,由于介電常數(shù)比水低而獲得負(fù)電荷,因此殼聚糖由于靜電吸引對棉纖維具有強烈的親和力。在殼聚糖溶液處理棉纖維的浸軋過程中.殼聚糖能均勻地分布在纖維表面和空隙
殼聚糖常用于棉織物的防皺免燙和抗菌整理,一般同時用檸檬酸作為殼聚糖的溶劑和對棉的交聯(lián)劑。不僅在檸檬酸和棉纖維素之間發(fā)生酯化反應(yīng).而且檸檬酸和殼聚糖的羥基之間也會發(fā)生酯化反應(yīng).可獲得較高的折皺回復(fù)角.并且整理后的織物白度,強力,耐洗滌性能好,還提高了直接染料等陰離子染料的上染率.染色均勻。同時,經(jīng)殼聚糖處理的棉具有良好的抗菌性能.在適當(dāng)?shù)臍ぞ厶菨舛认?,對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌及白色念珠菌的抗菌率接近100%。且經(jīng)過多次水洗后.抗菌率仍保持在80%以上。xDLiu等采用一種新的改性方法,制備了一種殼聚糖涂覆的新型棉纖維(CCCF)。即先用高碘酸鉀氧化棉纖維素,然后再與殼聚糖之間形成席夫堿而使殼聚糖結(jié)合在棉纖維表面.并用這種新型纖維承載和控制釋放中藥紫草寧,獲得了較好的效果。
1.2天然絲素蛋白整理
天然蠶絲是一種珍貴的紡織纖維,享有“纖維皇后”的美稱。蠶絲蛋白質(zhì)與人體皮膚、頭發(fā)的角朊結(jié)構(gòu)有很多相似之處,故蠶絲也有“第二皮膚”之稱。?,摰妊芯苛私z素蛋白質(zhì)在棉纖維上的涂覆成膜機理、涂覆牢度及主要性能。絲素涂覆后的棉纖維對人體有很好的生物適應(yīng)性和保健性,達(dá)到了棉纖維表面真絲化的效果,并且絲素涂覆棉織物的縮水率明顯下降、活性染料的上染百分率也顯著提高。由于絲素蛋白的優(yōu)良特性,為今后開發(fā)棉纖維仿真絲綢技術(shù)和新型綠色功能棉纖維開辟了新的途徑。
1.3無甲醛整理
目前,無甲醛整理劑中研究最多的是多元羧酸類整理劑。美國的shippee首次提出了用多元羧酸與纖維素羥基發(fā)生酯化反應(yīng),使分子之間形成酯鍵交聯(lián),從而使無甲醛整理劑達(dá)到防皺效果。隨著對酯化反應(yīng)歷程的深入了解,人們對多元羧酸用于棉織物
1.4綠色染料及漿料的應(yīng)用
傳統(tǒng)的染料中會含有重金屬或其它有毒物質(zhì),在染色過程中會附著在織物上,對人體健康造成危害。而天然染料主要來源于植物的根、莖、葉、果,或天然彩色礦石。天然染料一般無毒.可生物降解,對人體和生態(tài)均不會造成危害。我國天然染料的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于其它國家,主要利用植物的液汁進(jìn)行傳統(tǒng)工藝染色。近年來.日本用綠茶染色開發(fā)的棉制品具有抗菌、除臭、不引起過敏等優(yōu)點,在日本市場倍受歡迎。中國紡織科學(xué)研究院也已制得了天然黃(TR-H))和天然綠(TR—G),可用于棉和絲綢染色。
天然漿料一般來源于某些植物的種子、塊莖,或動物的骨、皮、筋腱等結(jié)締組織,主要包括淀粉、植物膠和動物膠。天然漿料是天然高分子化合物.易生物降解,對環(huán)境危害性很小,在一定條件下可替代部分污染性大的合成漿料而用于棉纖維的上漿。因此,從大自然中提取各種原材料制備染料或漿料,是今后綠色技術(shù)研究探索的一個新方向。
2生物技術(shù)
生物技術(shù)作為跨世紀(jì)的高新技術(shù),它和染整科學(xué)技術(shù)的交叉融合將是21世紀(jì)染整科技發(fā)展的新主流,將推動紡織工業(yè)進(jìn)入一個綠色清潔生產(chǎn)的嶄新時代,并改變由于使用大量化學(xué)助劑而嚴(yán)重污染環(huán)境的局面。
2.1生物酶制劑處理
生物酶是生物細(xì)胞產(chǎn)生的一種生物催化劑,它具有極強的催化效率和高度的專一性。在棉纖維產(chǎn)品的染整濕加工過程中,利用酶技術(shù),可節(jié)約能源與水,減少或杜絕廢氣、廢水的排放,降低對棉織物的損傷.實現(xiàn)綠色清潔生產(chǎn)??捎糜诿蘩w維的生物
利用纖維素酶水解棉織物的毛羽和微纖,達(dá)到“生物拋光”的效果??纱?zhèn)鹘y(tǒng)的燒毛和堿絲光處理,還可對棉針織物進(jìn)行超柔軟整理,使棉纖維滑爽柔軟并富有光澤,且這種柔軟性是永久的。用纖維素酶處理牛仔裝來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“石洗”和“化洗”是酶在紡織上應(yīng)用最為成功的工藝之一。大多數(shù)研究結(jié)果表明,采用纖維素酶整理棉織物,在改善其柔軟性、懸垂性、親水性、透氣性、染料親和性以及生物拋光、石磨水洗等方面效果顯著。
2.2基因工程技術(shù)
2.2.1天然彩色棉纖維
作為生態(tài)紡織品的天然彩色棉具有廣闊的發(fā)展前景,天然彩色棉已深入到人們的生活中。1972年,美國科學(xué)家運用轉(zhuǎn)基因技術(shù)成功培育出彩色棉種。利用此技術(shù),美國南部地區(qū)研究中心經(jīng)過品種改良加工生產(chǎn)的彩色棉服裝在歐洲、日本和美國市場大為走俏。1994年我國首次從美國引進(jìn)彩色棉技術(shù).現(xiàn)已成功地培育出棕、綠、紅、黃、紫、灰、橙等色澤的彩棉品種.其品質(zhì)優(yōu)良。
天然彩色棉纖維真正實現(xiàn)了從纖維生長到紡織成衣全過程的”零污染”,其色澤自然,色度豐滿,而且不褪色,適于制作與皮膚直接接觸的各種內(nèi)衣、嬰幼兒用品、婦女衛(wèi)生材料等。目前.彩色棉纖維的研究和開發(fā)在世界主要產(chǎn)棉國家中已受到高度重視,美國、法國、中國、埃及、印度等20多個國家都在積極開展彩色棉的遺傳育種工作,其研究涉及轉(zhuǎn)基因技術(shù)、綠色加工技術(shù)等當(dāng)今科學(xué)的前沿。
2.2.2天然“抗皺棉花”
美國農(nóng)業(yè)生活技術(shù)公司采用生物轉(zhuǎn)基因技術(shù),已經(jīng)培育出帶有外源基因的“抗皺棉花”。這種基因來自能夠產(chǎn)生PHB(聚羥基丁酸酯)聚合物的細(xì)菌,將這種基因?qū)朊藁ǖ募?xì)胞,生長出來的新棉花除仍保留原有的吸水、柔軟等性能外,其保暖性、強度及抗皺性均高于普通棉纖維。用“抗皺棉花”制成的純棉襯衫可免燙,從而避免了含有大量甲醛的抗皺劑對人體的危害。
2.2.3人工棉纖維
人工棉纖維,又叫試管棉纖維或超級棉纖維,
人工棉纖維的研究具有重要的意義。人工棉纖維的生產(chǎn)可在實驗室無污染進(jìn)行,不受病蟲的危害.其發(fā)育具有良好的同步性和無菌性,可根據(jù)人的意愿進(jìn)行生產(chǎn),可制造優(yōu)質(zhì)的醫(yī)用紗布、繃帶等。同時,人工棉纖維在科學(xué)理論上,能為研究細(xì)胞的分化發(fā)育提供理論依據(jù)。目前,人工棉纖維的誘導(dǎo)還很困難,纖維長度較短,在今后的研究中,應(yīng)確定有利于人工棉纖維分化和發(fā)育的最佳培養(yǎng)基和培養(yǎng)環(huán)境,以實現(xiàn)從實驗室培養(yǎng)棉纖維向商品生產(chǎn)的規(guī)模>轉(zhuǎn)換。
3物理方法
近來采用物理方法對纖維進(jìn)行改性已受到廣泛的注意,特別是改變纖維的表面結(jié)構(gòu)和性能,以達(dá)到改善纖維表面的粘合性能與染色性能。由于物理方法不用或很少用化學(xué)藥品,可以減少污染,屬于綠色清潔技術(shù),有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)。
3.1機械方法
機械處理法可對棉纖維進(jìn)行綠色加工以提高纖維素對各種化學(xué)反應(yīng)的可及度。機械方法主要包括研磨和切碎兩種。研磨法又分球磨、錘磨等。纖維素是一種高結(jié)晶性聚合物,在研磨過程中能有效地吸收機械能而引起其形態(tài)和微細(xì)結(jié)構(gòu)的改變,使結(jié)晶度下降,可及度提高。其中球磨是最有效的預(yù)處理技術(shù),球磨法可使纖維素結(jié)構(gòu)松散,使微纖中及微纖問的氫鍵斷裂,從而使棉纖維的水解速率和葡萄糖的最大產(chǎn)率都得到提高。美國的研究者用Wiley切斷機對棉纖維進(jìn)行切斷處理,研究了棉纖維的平均聚合度、結(jié)晶度及可及度的變化,指出切碎作用對纖維素的結(jié)晶度影響不大.但由于機械剪切力作用使纖維素產(chǎn)生新的表面,從而提
3.2高能電子輻射處理輻射法有紫外光輻射和高能粒子輻射兩種,用于纖維素處理的主要是高能電子輻射法。采用高能射線如電子射線、r-射線對纖維素原料進(jìn)行預(yù)處理,可得到所期望的纖維素聚合度和增加纖維素的活性,減少溶解用或反應(yīng)用化學(xué)藥品造成的環(huán)境污染。通過電離輻射的作用,一方面使纖維素降解,聚合度下降,相對分子質(zhì)量的分布特性改變,使其相對分子質(zhì)量分布比普通纖維素更集中;另一方面使纖維素的結(jié)構(gòu)松散,并影響到纖維素的晶體結(jié)構(gòu),從而使纖維素的活性增加,可及度提高。
利用輻射接枝的方法可對棉纖維素的抗皺、耐磨、吸水及染色等性能進(jìn)行改進(jìn),常用的接枝單體有苯乙烯、丙烯酸等。宮寧端等用Co60r-射線為輻射源,研究了棉纖維素輻射降解的機理。發(fā)現(xiàn)預(yù)輻射處理可抑制酯化工藝中發(fā)生的氧化過程.縮短安定處理時間,提高硝酸纖維的安定性;輻射后棉纖維素分子量降低,有利于控制粘度,可滿足制造各種品號的硝酸纖維對粘度的要求,有利于提高硝酸纖維質(zhì)量及含氮量。因此,與其它處理方法相比,輻射處理具有減少生產(chǎn)成本、縮短工藝流程、不污染環(huán)境等優(yōu)點。
3.3低溫等離子體技術(shù)
近年來,等離子體技術(shù)在紡織加工中的應(yīng)用日益引人注目,利用等離子體中含有的大量電子、離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子等活性粒子來轟擊材料表面時.會將能量傳遞給表層分子,使材料發(fā)生熱蝕、交聯(lián)、降解和氧化,并使材料表面發(fā)生大量的自由基或引進(jìn)一些極性基團(tuán)而使材料表面性能獲得優(yōu)化。等離子體處理是一種干態(tài)加工,不需水和化學(xué)品,不會污染環(huán)境。低溫等離子體處理可用于各種纖維、紗線、織物的表面改性,對纖維基體的內(nèi)部影響小,不損傷纖維原有性能。棉纖維用低溫等離子體處理后可改善其粘合性、接枝聚合性及染色性能。原棉纖維在經(jīng)低溫氧等離子體處理時,等離子體中大量基態(tài)氧和激發(fā)態(tài)氧原子等活性粒子將能量傳遞給棉纖維表面初生胞壁中的分子,使棉纖維表面的伴生物蠟脂、果膠在高能粒子轟擊下脫離
3.4蒸汽閃爆技術(shù)
蒸汽閃爆技術(shù)是由美國學(xué)者Mason于1927年首先提出來的.最初是用于植物纖維的高效分離。隨著研究的不斷深入,現(xiàn)在蒸汽閃爆技術(shù)已應(yīng)用于棉等純纖維素纖維的改性處理。高壓熱蒸汽閃爆技術(shù)能使已滲入棉纖維素內(nèi)部的熱水蒸汽分子以氣流的方式從較封閉的孔隙中高速瞬間釋放出來,可使棉纖維素內(nèi)部的纏結(jié)、纏繞及緊密堆砌區(qū)得到有效的疏松、梳理,同時使纖維素分子內(nèi)、分子間氫鍵斷裂,破壞纖維材料的內(nèi)外層結(jié)構(gòu).賦予材料所希望的性能。利用蒸汽閃爆后的棉纖維素制備硝酸纖維,在混酸濃度一定的情況下,其含氮量提高,其硝化的均勻性也明顯增加。同時采用閃爆法預(yù)處理后的棉纖維原材料合成CMC,其堿化時間可大大縮短,所得CMC的質(zhì)量在一定范圍內(nèi)隨蒸汽閃爆壓力的增加而提高。
4納米技術(shù)
納米技術(shù)作為近年來新崛起的一門高新技術(shù),在紡織工業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。納米材料是一種全新的超微固體材料,其粒徑一般小于100am,具有特殊的表面效應(yīng)、體積效應(yīng).對棉纖維進(jìn)行納米材料表面處理,能賦予其新的特異功能。使用氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋅、陶瓷粉末等納米材料,采取浸軋法、植入法和涂層法可對棉纖維進(jìn)行抗紫外線、抗茵除臭、抗靜電、抗電磁波輻射、遠(yuǎn)紅外反射等功能整理,是目前開發(fā)功能性、高附加值棉紡織品的一個重要方向。由于納米材料的特殊性能,將在未來的紡織業(yè)中創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
棉纖維是牛仔布的最主要成分。近年來由于石油資源不斷減少和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重,生產(chǎn)生態(tài)紡織品已經(jīng)成為當(dāng)代紡織工業(yè)的主題。利用綠色技術(shù)來生產(chǎn)具有清潔保健和可回收利用的棉纖維及棉織品正是順應(yīng)了這一潮流。
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棉纖維是牛仔布的最主要成分。近年來由于石油資源不斷減少和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重,生產(chǎn)生態(tài)紡織品已經(jīng)成為當(dāng)代紡織工業(yè)的主題。利用綠色技術(shù)來生產(chǎn)具有清潔保健和可回收利用的棉纖維及棉織品正是順應(yīng)了這一潮流。
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