负离子整理对棉织物性能的影响

摘要：分析了棉织物整理中负离子整理剂体积分数、烘焙时间、烘焙温度和浸泡时间对织物负离子释放量、透气性及手感的影响，并用方差分析的排序法评定整理效果．结果表明，经过负离子处理的纺织品能够释放出大量的负离子，柔软性良好，但透气性和折皱回复角较原布有所降低．

负离子后整理是一种新型的后处理技术．它把能释放负离子的天然矿石或低辐照剂量的放射性矿石粉碎成超细微粉，便可用为制备负离子功能整理剂的基础原料，然后分散于粘合剂中，制成阴离子型、pH值为弱酸性和在水中易分散的弱粘性分散液体，再通过浸轧法或浸渍法将其固着在织物表面，从而使织物具有负离子性能．

采用后整理方法加工负离子织物具有简单方便、适用范围广、成本低和流程短等优点，但同时也存在手感偏硬以及牢度降低等方面的问题．本文主要讨论负离子整理后棉织物的性能变化．

1织物负离子整理

1．1试验方案

采用正交试验法设计负离子整理试验，通过试验求出整理后织物释放负离子能力较强的优化工艺方案，因此，整理后的织物负离子释放量是一个最主要的考查指标．同时，因为采用负离子整理对织物的手感和透气性会有一定的影响，所以，织物的手感、透气性也是工艺方案优化的考查指标．采用浸轧法对织物进行负离子整理．从文献[2，4，5]和初步单因子试验分析，确定负离子的整理工艺参数．采用四因素三水平正交设计安排试验，试验因素：A为负离子整理剂的体积分数；B为焙烘温度；C为焙烘时间；D为织物浸泡试剂的时间．因素水平见表1．

1．2织物负离子整理

纯棉府绸织物，纱线规格为9．7tex×9．7tex，经向密度为496根／10cm，纬向密度为398根／10cm，面密度为87g／m．工艺流程如图1所示．

负离子浸轧整理液采用二浸二轧工艺，并控制轧余率为80％左右，预烘温度为80℃，预烘时间为5min．采用DHG一9075A型电热恒温鼓风干燥箱，属热风烘燥，即利用热空气使织物烘干．被加热空气由喷口喷向织物，使织物上的水分蒸发到空气中．

2测试

2．1负离子发生能力测试

采用东华大学的ITC一201空气离子测试仪测试织物整理后的负离子释放量，该仪器为自主知识产权的测试仪器．测试原理如图2所示．

被测对象是负离子纺织品，在流程图中处于输入端．纺织品负离子发生装置规范了负离子产生过程中的机械作用．试样在此装置内由一定摩擦作用产生负离子，一定时间后，应用空气负离子浓度测试仪测定试验装置内的负离子浓度，此数据作为试验的输出量．测试系统主要解决了负离子产生的影响因素和测试环境两个方面的问题：一是用机械装置模拟人手摩擦面料的过程，消除了人为因素造成的差异；二是使测试所处的环境相对独立，减少大气环境对测试的影响．温度为(20±3)℃，湿度必须控制在(65±3)％，裁取10cm×20cm左右的试样．

2．2手感测试

2．2．1织物手感模糊评价方法

采用仪器测定物理力学量客观评价风格优劣，主要测量织物的柔软性、光滑性、冷暖感和皮肤触感等性能的硬挺度、动摩擦因数、静摩擦因数、折皱回复角、厚度、面密度和白度等7个指标，然后用数学方法得到评价风格优劣的定量指标．应用模糊数学方法，通过数学模型来获取定性数据，评价织物手感，使织物手感能用一个数值来表示其好坏．

定义3个集合：

1)因子集U={1，2，…，}，因子集为模型中各因素的集合，r／为因素的个数；

2)水平集V={l，2，…，771}，指的是因子集中因素i的水平集；

3)子集向量R=(l，2…，r)用来评定因子i对水平集的贡献，是V的模糊子集．设模糊转换矩阵为R，以UR(，)来代表rr为因素i的水平在模糊转换矩阵R中的隶属度．

经专家及有经验的工作者对手感等各项指标的重要性进行分配，确定各因素的权重，然后对各因素的权重进行统计，取平均值，得出织物手感客观评定模型中各因素的权重集合分配结果：

式(3)中甜分别为硬挺度、静摩擦因数、厚度、面密度、动摩擦因数、折皱回复角及白度的模糊评价值．

2．2．2织物的各项性能指标值

经负离子整理后的织物手感性能指标值，如表2所示．

3结果分析

根据试验数据整理，计算得到负离子释放量、透气量(YG461B织物透气量仪)和手感模糊评价值，如表3所示．

3．1各因素最优水平分析

一项试验，常常需要用2个或更多个指标来衡量其效果．多指标试验分析常用综合平衡法，即先把各项试验指标按单指标分别独立进行分析，然后再根据分析的结果进行综合平衡，采用极差法分析整理所获得的数据．利用正交表的计算分析，分辨出主次因素，预测更好的水平组合，为进一步地试验提供有份量的依据．极差分析是通过简单计算各因素水平对实验结果的影响，并用图表形式表示出来，通过极差分析、综合比较，最后确定优化方案．

根据试验数据，分析整理剂体积分数、焙烘温度、焙烘时间和浸泡时间等4个因素对负离子释放量、手感、透气量的影响．因素与各指标的关系图，如图3～5所示．

3．1．1各因素对考核指标影响的主次顺序

极差分析得出各因素对指标影响的主次顺序：负离子释放量为D、A、B、C，手感为B、A、D、C，透气量为D、B、A、C．

按多数倾向可得出4个因素对3个指标造成影响最大的是因素D，影响最小的是因素c，影响程度排第2的因素倾向于因素B，但负离子释放量I是主要考核指标，因此次主要因素为A，剩下的因素B的影响程度则排在第3．因此，综合考虑后，4个因素对3个指标的影响主次顺序为DABC(主一次)．即浸泡时间为主要影响因素，其次是负离子整理剂的体积分数，再次是焙烘温度，最后是焙烘时间．

3．1．2确定各因素较优水平组合

按极差分析中的K(或K)的数值大小及因素与指标关系确定各因素的最佳水平组合：负离子释放量为A2B2C2D2，手感为A3BlC3D3，透气量为A3B3G2D2．

因素A，对3个指标均为较主要的因素，通常应按多数倾向选取A3综合考虑后，选取水平A3因素B对负离子释放量工的影响呈山形趋势，B2时效果最好，对手感模糊评价Ⅱ则呈现下降趋势；B1手感最好，B3手感最差，而对于透气量Ⅲ来说，则形成明显上升趋势，即选B1时透气量最小，B3时透气量最大．因为负离子释放量工是主要考核指标，而且采取均衡考虑的原则，故选取水平B2；因素c，对3个指标均为次要因素，按多数倾向选取水平C2；因素D，对负离子释放量I和透气量Ⅲ这两个指标来说是最主要的因素，且以水平D2为优，综合分析后，选取水平D2．

负离子整理剂整理织物的最优整理工艺方案组合为A3B2c2D2．即整理剂体积分数14％、焙烘温度160℃、焙烘时间2min、浸泡时间10min．

3．2最优工艺试验分析

按分析得出负离子整理剂整理织物的最优整理工艺方案组合A3B2C2D2的工艺参数对棉织物进行负离子整理，验证最优工艺效果．同时，对未整理织物进行了试验测试，数据如表4所示．

从负离子释放量指标来看，整理织物的负离子发生能力较好，达到1207．54个／cm，是原布的6倍；而透气量为506．3mm／s，较原布的透气量减少，为原布透气量的93％．从手感模糊评价来看，负离子整理剂对织物的手感均造成了影响，负离子整理织物后的手感模糊评价值0．772，为原布的90％．手感模糊评价中，主要是整理之后的白度和折皱回复角下降，整理后分别为原来的90％和93％．文献[8]中将白度作为手感模糊评价中的一个指标，在实际生产中织物的颜色可以通过染色来调节．真正对织物手感影响较大的是其他几项指标，本试验整理后织物的反映柔软性的主要指标硬挺度保持较好的水平．

4结语

1)负离子整理的4个因素：整理剂体积分数、焙烘温度、焙烘时间和浸泡时间对负离子释放量、透气量和手感模糊评价值的影响主次顺序为DABC．即浸泡时间为主要影响因素；其次是负离子整理剂的体积分数；再次是焙烘温度；最后是焙烘时间．所整理织物具有较高的负离子释放量，最优的负离子整理工艺方案组合为A3B2C2D2，即整理剂体积分数为14％，焙烘温度为160℃，焙烘时间为2min，浸泡时间为10min．

2)最优整理工艺方案组合的验证试验分析结果表明，负离子整理织物的负离子释放量比原布提高5倍，手感模糊评价和透气量较原布略低．在手感模糊评价中，整理后织物的硬挺度几乎没有受到影响，但白度降低，折皱回复角略有降低，摩擦因数有一定增加．