羊毛陶瓷整理技术

北京毛纺织科学研究所 王小亚 赵正农 钱曙华

【摘要】阐述了作者对羊毛陶瓷整理技术的研究成果，对羊毛陶瓷整理技术的机理探讨、工艺试验及产品风格等进行了全面的论述。

1、国内外概况

羊毛陶瓷整理是国际羊毛局于八十年代后期推出的一项新的加工技术。该技术首先由日本几家公司研究成功，目的是进一步开发羊毛制品的舒适性、功能性，扩大它的应用范围，以此适应人们对毛纺织品愈加广泛的需求。

根据资料介绍，该技术主要是采用一系列特殊的加工方法，将陶瓷微粒引入羊毛纤维，从而改变纤维的表面状态，赋予羊毛纺织品以下功能和效果：① 麻型风格；由于陶瓷粒子的存 在使得织物的硬挺度、压缩弹性和表面粗糙度都有所增加，得到类似麻织物的挺爽手感与风格，树脂层的存在使得这种仿麻效果具有持久耐洗性。② 吸湿透气性；由于陶瓷粒子的多 孔表面和它所形成的微气候层，可提高织物的吸湿性和透气性，从而增加织物的舒适性和凉爽感，开发了羊毛的春夏季市场。③ 保暖性；选用某些红外辐射能力较强的陶瓷粒子吸附在织物上，可增加人体对红外辐射的吸收，提高服装的保暖性，并有保健作用。

通过对国外信息资料与日本专利技术的调研和分析，我们认为，羊毛陶瓷整理是一项边缘科学技术，涉及学科较广，难度较大，但此技术的开发对于毛纺新产品的研制，具有一定的新颖性和实用性。为填补国内空白，拓宽羊毛市场，我们于90年首先在国内开展此项技术的研 究，并取得满意的结果，于93年通过纺织部组织鉴定。

2.陶瓷整理剂的研制

陶瓷整理技术的关键是陶瓷处理液的组成与制备。据资料介绍许多无机氧化物微粒子都被推荐用于陶瓷整理，如ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2等。在研究初 期，我们也曾选择了几种精细的陶瓷粉末材料，进行过一系列分散试验，取其分散液澄清部分对羊毛纤维进行浸渍处理，结果皆因其粒度大及亲和力差而无法固着在羊毛纤维上。经分析我们认为，在现有材料的基础上，采用

通过对收集来的日本钟纺公司采用的日本制陶瓷处理剂进行剖析，了解到它是一种阳离子性的含硅胶体溶液。我们改变技术路线，采用化学方法，选用含硅化合物为原料，选择合理的配制条件，成功的制成了稳定的胶体溶液，用于陶瓷整理。该液呈阳离子性，外观清彻近于透明，微粒分散均匀稳定，水溶性极好，具有工艺处理的实用性。

将我们配制的陶瓷处理剂与上述日本所用的陶瓷处理剂进行红外光谱分析，看出二者的特征 峰相吻合，可以认为二者是由同类化合物所组成的。

其红外光谱见图1。

3.陶瓷整理的基本技术和作用机理

羊毛陶瓷整理的基本技术由三步组成：首先将羊毛纤维表面氯化改性，再将陶瓷微粒子由离子性结合而吸附在纤维上，最后采用树脂处理使其固着。

3.1.羊毛纤维表面的改性：

羊毛纤维表面的鳞片层由外层薄膜，外表皮层和内表皮层所组成。对其进行氯化等氧化处理，可以将疏水性的外层薄膜去除，将弱亲水性的外表皮层损伤、破坏，使其获得与内表皮层同样的亲水性，并增加了离子性。这样处理后除了获得传统的防毡缩效果以外，在纤 维表面所产生的多种阴离子性基团，可与阳离子性的陶瓷微粒形成离子性结合，并有利用与阳离子性的树脂反应而生成共价键的稳定结构。此外，由于氯化后羊毛纤维表面张力增加，也有利于树脂在纤维表面的均匀扩散。

对羊毛纤维表面的改性处理主要是使用氯化方法，该处理分为氯化和脱氯二步进行。羊毛角 质层的特征结构为：ＳＳ胱氨酸键和ＣＯＮＨ多缩氨酸键。氯化处理使该特征结构发生如下反应而生成-ＳＯ3Ｈ，-ＣＯＯＨ，-ＳＳＯ3Ｎａ等末端基团，在中性或弱酸性条件下，为-ＳＯ3－，-ＣＯＯ－，-ＳＳＯ3形式，降低了羊毛的动 电层电位，羊毛表面带负电荷。

3.2.陶瓷微粒子的吸附

将阳离子性陶瓷微粒子制成的水分散型胶体溶液，对经氯化改性的羊毛进行处理，则

3.3.树脂固化处理：

对于已经结合了陶瓷微粒子的羊毛纤维和织物，采用阳离子性树脂进行处理，使其与改性的羊毛纤维产生共价键结合，从而将陶瓷微粒子一起复盖在羊毛纤维表面，形成树脂膜，使陶瓷微粒子牢固地结合在纤维表面，反复洗涤其特性也不会改变。由此得到了稳定的陶瓷整理效果。

选用的树脂要求具有阳离子性，目的是可与阳离子性的陶瓷粒子有较好的相容性，否则将破坏陶瓷粒子溶液的稳定性。此外，也有利于与氯化后羊毛阴离子的结合。

4.陶瓷整理的工艺路线

陶瓷整理的产品可以有针织纱线、针织衫和轻薄机织物等等。从工序安排的合理性及处理效果的最佳化来考虑，它们的加工过程有如下选择：

4.1.陶瓷整理毛针织纱的加工：

① 毛条氯化—纺纱—洗线—染色(绞纱或筒子纱染色)—陶瓷处理—树脂处理—烘干焙烘— 成品

② 常规毛条纺纱—纱线氯化(绞纱或筒子纱)—陶瓷处理—树脂处理—烘干焙烘—成品

4.2.陶瓷处理毛针织衫的加工：

① 针织成衫—氯化—染色—陶瓷处理—树脂处理—烘干—整烫—成品

② 针织成衫染色—氯化—陶瓷处理—树脂处理—烘干—整烫—成品

4.3.陶瓷处理毛机织物的加工：

① 毛条氯化—纺纱—织造—湿整—匹染—陶瓷处理&mda

② 常规毛条纺纱—织造—湿整—氯化—染色—陶瓷处理—树脂处理—烘干—蒸呢—成品经过对以上几条路线进行对比试验，结果都能得到所要求的陶瓷整理的效果。

5.陶瓷整理效果的分析

5.1.纤维表面状态的变化：

将羊毛纤维采用自配陶瓷处理剂和日本陶瓷处理剂分别处理以及洗涤后，纤维表面变化情况通过电镜观察如下：

通过电镜照片可以看出，陶瓷处理后，微粒附着在纤维表面，经洗涤后仍未脱落。采用自配陶瓷处理剂与日本陶瓷处理剂效果相仿。

注：洗涤方法参照ＩＷＳ皂洗牢度测试法。

5.2.风格值的改善：

选用纯毛女士呢经陶瓷整理后，用国产智能风格仪客观测试，得到结果如下：

由测试数据可以看出，经陶瓷整理后，织物风格值明显改变，硬挺度和丰厚度增加，表面光滑度降低。而洗涤后效果仍然保持，说明了树脂层对陶瓷粒子层的固定是有效的。

将处理前后用主观评价方法比较手感，也可发现其明显区别：处理后织物手感粗、爽、挺，有麻感，而未处理织物较滑、软。为此，在服用中陶瓷整理织物给人以凉爽的感觉。经过实际试穿证明，也没有以往羊毛贴身织物那种刺痒感及其它不良反映，可以用于春夏季内衣或衬衫面料。

5.3.吸湿性提高：

毛针织物和机织物经陶瓷整理后，吸湿性都有显著的增加。我们采用水滴法，根据水滴在织物上完全润湿的时间，比较不同样品的吸湿性。

试.样。未处理 。氯化后。陶瓷整理后

润湿时间。770ｍｉｎ。43ｓｅｃ。8．8ｓｅｃ

试验表明，织物经氯化

5.4.透气性增加：

5.4.保暖性增加：

前面提到陶瓷整理后毛织物具有凉爽的功能，这只是它在风格、手感上的一种主观的凉爽感觉，决不是说陶瓷整理具有冷却的机能，而是这种舒适性足以被人体皮肤感应系统所察觉。从保暖性增加的结果来看，可以了解到由于多孔性陶瓷粒子层的存在，在纤维表面形成一个静止空气层，进一步降低了材料的热传导性，防止热的逸散，从而使保暖性能得以提高。

5.6.其他效果：

陶瓷整理后织物同样具有防缩整理的效果。

染色后进行陶瓷处理，对产品的色牢度无不良影响。

6.产品开发试验

6.1.纯毛针织套衫陶瓷整理：

①织物主要规格(略)

②主要工艺流程

成衫染色—氯化—陶瓷处理—树脂处理—烘干—整烫—成品

③主要工艺条件(略)<

①织物主要规格(略)

②主要工艺流程

坯布湿整—染色—氯化—印花—后整—陶瓷处理—树脂处理—烘干—蒸呢—成品—制披肩

③主要工艺条件(略)

7.关于红外辐射和保暖性问题探讨：

在第一部分就已提到，国外特别是日本许多技术资料都在探讨红外辐射与保暖性的关系。他们认为，羊毛织物可通过陶瓷整理来增加织物的红外辐射能，从而提高保暖性。他们提出，某些陶瓷材料可发射出易于为人体所吸收的远红外线，即红外辐射的波长与人体内水和蛋白质的最大吸收波长相吻合。如果选用这类红外辐射能力较强的陶瓷粒子如Ａｌ2Ｏ3、 ＴｉＯ2、ＡｒＯ2等处理在织物上，可增加人体对红外辐射能的吸收，提高服装的保暖性，并且促进血液循环，有保健作用。

这是很诱人的功能，我们对此也进行过探索实验。选择Ａｌ2Ｏ3等陶瓷粒子用涂层法 处理在织物上，在热平衡条件下用红外热像仪对比陶瓷处理前后的织物样品的热像图，结果没有发现明显的温度差异。也就是说，羊毛织物经陶瓷整理后，其红外辐射能力没有发生明显变化。为了解释这种与预期相反的试验结果，我们对红外辐射(即热辐射)问题进行了认真的研究探讨。

根据物体的热辐射理论可知，在一定的温度Ｔ时，物体的总体发射本领E和单色发射本领ｅ 的关系为：

Ｅ（Ｔ）＝∫ｅ（λ,Ｔ）ｄλ

式中ｅ表示物体的单色发射本领，它是波长λ、温度T的函数，反映了在不同温度下辐射能按波长而分布的情况；而E为物体的总发射本领，反映了每单位时间内从物体表面单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，显然它只与温度 T有关。

在平衡热辐射时，物体的辐射性质遵循基尔霍夫定律：

ｅ（λ,Ｔ）／ａ（λ,Ｔ）＝ｅ0（λ,Ｔ）

式中的吸收系数?表示当辐射能入射到某一不透明物体时，吸收的能量和入射总能量的比值。它随物体的温度和入射辐射能的波长而改变(在量值上与物体的比辐射率?相等，?即某 物体的辐射率与黑体辐射率的比值)，是表示该物体热辐射特性的参数，不同的物体特别是 不同表面状态的物体具有不同的吸收系数。将基尔霍夫定律写成ｅ（λ,Ｔ）＝α（λ,Ｔ ）×ｅ0（λ,Ｔ）的形式，则可清楚地看出，物体的吸收系数?越大，辐射能ｅ也就越 大，反之越小。因此，若要提高某物体的辐射能力ｅ，就要提高其吸收系数?。

据资料介绍，普通织物的吸收系数?可达0.90以上（黑体为1），比如，在25－30 ℃时测得棉布和亚麻布?为0.92－0.96，而黑色呢绒的?在20℃时高达0.98 。由此推测，对于羊毛制品而言，即使再提高吸收系数，其辐射能力的增加也很有限。从另一点上说，陶瓷微粒子的吸收系数最高只有0.8左右，将它复盖在羊毛织物上，其提高织物辐射能力的可能性也就可想而知了。对于保暖性的提高效果，我们认为还是从增加空气层，降低热传导的角度来解决更有说服力。

至于陶瓷粒子的远红外辐射能与人体的选择吸收问题，以及促进血液循环的保健作用，笔者未做试验，不敢妄加评论，只是希望其效果能够有充分的理论依据和实验基础，能够得到公众的认可，而不仅是一个良好的愿望。

8.结论

8.1.羊毛陶瓷整理是一项国外新近推出的整理技术。我们经过深入研究，在关键技术上取 得了突破，成功地实现了对羊毛织物进行陶瓷整理。

8.2.我们研制的羊毛陶瓷整理

8.3.通过陶瓷整理，改变了纤维的表面性能，使羊毛织物具有特殊的风格，服用舒适性提 高，各项指标测试合格。经陶瓷整理试制的高支纱羊毛衫、衬衫、围巾等，受到试用者的好评。

8.4.采用陶瓷整理技术，拓宽了羊毛的使用范围，为进一步开发羊毛织物的四季服装面料 ，提供了一条新的途径。

9.主要参考文献

1.ＩＷＳ技术介绍——羊毛陶瓷整理

2.加工技术

3.纤维表面性能

4.日本专利若干

5.红外技术