一种改性棉织物及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于纺织技术领域，特别涉及一种改性棉织物及其制备方法和应用。

背景技术

棉织物在纺织服装行业中占据很高的市场占有率，与人们的生活更是息息相关。棉织物的使用离不开染色技术。活性染料由于色谱齐全、色泽鲜艳、牢度优良、成本低廉，目前已成为棉织物纺织品染色最重要的一类染料。然而，活性染料属于阴离子染料，活性染料包括活性基团、亲水基团和染料母体三部分，其中亲水基团一般由磺酸钠盐、羟基、氨基等组成，而磺酸基对染料的亲水性有重大贡献。磺酸基团的存在有助于活性染料在水中溶解，使染色过程可以在水溶液中进行；然而，染料母体因磺酸钠盐的离解作用带上负电荷，不仅降低了对纤维负离子的结合能力，还容易被水合化形成水合物并聚集成胶团结构，使染料负离子的有效浓度下降，从而导致活性染料染色棉织物的上染率和固色率都比较低。

现有相关技术为解决这一问题，在染色过程中通常加入大量的无机盐来促染，但印染过程中产生的高含盐量的废水难以处理，对环境危害极大，如何提高活性染料染色棉织物的上染率和固色率，是亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种改性棉织物及其制备方法和应用，该改性棉织物的上染率为55.7％-59.3％、固色率为53.7％-57.4％、K/S值为4.84-4.98、干摩擦色牢度为4-5级、湿摩擦色牢度为3-4级，染色性能好，色牢度高。

本发明的第一方面提供一种改性棉织物，该改性棉织物的上染率为55.7％-59.3％、固色率为53.7％-57.4％、K/S值为4.84-4.98、干摩擦色牢度为4-5级、湿摩擦色牢度为3-4级。

本发明的第二方面提供所述改性棉织物的制备方法，包括如下步骤：

采用氧化剂对棉织物进行氧化处理，得到氧化棉织物；

采用壳聚糖对所述氧化棉织物进行改性处理，得到所述改性棉织物。

优选地，所述氧化剂包括高碘酸、高碘酸盐或双氧水；所述高碘酸盐包括高碘酸钠或高碘酸钾。

优选地，所述氧化剂为高碘酸钠溶液，所述高碘酸钠溶液的浓度为1.2g/L-10g/L。

优选地，所述高碘酸钠溶液的浓度为1.2g/L-1.8g/L。

优选地，所述壳聚糖的分子量为50000Da-200000Da。

优选地，所述壳聚糖的分子量为100000Da-200000Da。

优选地，所述氧化剂和所述棉织物的浴比为25-30:1。

优选地，所述壳聚糖和所述氧化棉织物的浴比为5-10:1。

具体地，本发明所述改性棉织物的制备方法，包括如下步骤：

氧化处理：在50℃-60℃条件下，将浓度为1.2g/L-10g/L的高碘酸钠溶液和棉织物按照浴比为25-30:1进行混合，搅拌50-70min，整个反应过程在无光条件下进行，反应完成后，将处理后的棉织物在去离子水中充分洗涤，浸泡约24h，去除高碘酸钠，得到氧化棉织物；

改性处理：按照浴比为1:(5-10)，将氧化棉织物置于浓度为8g/L-12g/L的壳聚糖溶液中，在50℃-60℃条件下，搅拌100min-120min，用去离子水洗涤数次，然后在60℃-65℃的真空烘箱中干燥5h-6h，即可得到所述改性棉织物。

其中壳聚糖溶液的配制方法如下：

将壳聚糖投入到2wt％的醋酸溶液中，再置于红外线染色机中，在55℃-65℃的条件下，恒速恒温搅拌60min-70min，制备得到壳聚糖溶液。壳聚糖溶液的具体浓度可通过调整壳聚糖的质量和醋酸溶液的体积进行配制。

本发明的第三方面提供所述改性棉织物在服装中的应用。

优选地，一种服装，包括本发明所述的改性棉织物。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

本发明通过先用氧化剂氧化棉织物，使棉织物内部形成二醛基纤维素(C＝O)，再用壳聚糖处理氧化棉织物，两者可反应形成席夫碱共价基团(C＝N双键)，牢固的化学键结合，使得经改性后的棉织物的染色性能得到显著提升；本发明改性棉织物的上染率为55.7％-59.3％、固色率为53.7％-57.4％、K/S值为4.84-4.98、干摩擦色牢度为4-5级、湿摩擦色牢度为3-4级，染色性能好，色牢度高。

具体实施方式

为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。

以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。

实施例1

一种改性棉织物的制备方法，包括以下步骤：

(1)去污处理的具体过程为：将棉织物样品分别放进浴比为10:1，浓度为2g/L的强力去污剂中，95℃处理10分钟，不断搅拌，处理完后，用去离子水充分洗涤数次，以去除棉织物上残留的余液；

(2)氧化前恒重处理：将去污处理后的棉织物样品在110℃的烘箱中烘干180min；烘干完放进干燥器中真空冷却30min，称量记录数据(m

(3)氧化处理：在60℃条件下，将浓度为1.6g/L的高碘酸钠溶液和棉织物按照浴比为30:1进行混合，搅拌60min，整个反应过程在无光条件下进行，反应完成后，将处理后的棉织物在去离子水中充分洗涤，浸泡约24h，去除高碘酸钠，得到氧化棉织物；

(4)氧化后恒重处理：将氧化棉织物样品在110℃的烘箱中烘干180min；烘干完放进干燥器中真空冷却30min，称量记录数据(m

(5)改性处理：按照浴比为1:10，将氧化棉织物置于浓度为10g/L的壳聚糖溶液中(壳聚糖的分子量为200000Da)，在60℃条件下，搅拌120min，用去离子水洗涤数次，然后在60℃的真空烘箱中干燥6h，即可得到所述改性棉织物。

实施例2

一种改性棉织物的制备方法，包括以下步骤：

(1)去污处理步骤与实施例1的去污处理步骤相同；

(2)氧化前恒重处理步骤与实施例1的氧化前恒重处理步骤相同；

(3)氧化处理：在50℃条件下，将浓度为10g/L的高碘酸钠溶液和棉织物按照浴比为30:1进行混合，搅拌60min，整个反应过程在无光条件下进行，反应完成后，将处理后的棉织物在去离子水中充分洗涤，浸泡约24h，去除高碘酸钠，得到氧化棉织物；

(4)氧化后恒重处理步骤与实施例1的氧化后恒重处理步骤相同；

(5)改性处理：按照浴比为1:10，将氧化棉织物置于浓度为8g/L的壳聚糖溶液中(壳聚糖的分子量为100000Da)，在60℃条件下，搅拌120min，用去离子水洗涤数次，然后在60℃的真空烘箱中干燥6h，即可得到所述改性棉织物。

实施例3

一种改性棉织物的制备方法，包括以下步骤：

(1)去污处理步骤与实施例1的去污处理步骤相同；

(2)氧化前恒重处理步骤与实施例1的氧化前恒重处理步骤相同；

(3)氧化处理：在55℃条件下，将浓度为4g/L的高碘酸钠溶液和棉织物按照浴比为25:1进行混合，搅拌70min，整个反应过程在无光条件下进行，反应完成后，将处理后的棉织物在去离子水中充分洗涤，浸泡约24h，去除高碘酸钠，得到氧化棉织物；

(4)氧化后恒重处理步骤与实施例1的氧化后恒重处理步骤相同；

(5)改性处理：按照浴比为1:5，将氧化棉织物置于浓度为12g/L的壳聚糖溶液中(壳聚糖的分子量为50000Da)，在55℃条件下，搅拌110min，用去离子水洗涤数次，然后在65℃的真空烘箱中干燥5h，即可得到所述改性棉织物。

实施例4

一种改性棉织物的制备方法，包括以下步骤：

(1)去污处理步骤与实施例1的去污处理步骤相同；

(2)氧化前恒重处理步骤与实施例1的氧化前恒重处理步骤相同；

(3)氧化处理：在50℃条件下，将浓度为1.8g/L的高碘酸钠溶液和棉织物按照浴比为30:1进行混合，搅拌50min，整个反应过程在无光条件下进行，反应完成后，将处理后的棉织物在去离子水中充分洗涤，浸泡约24h，去除高碘酸钠，得到氧化棉织物；

(4)氧化后恒重处理步骤与实施例1的氧化后恒重处理步骤相同；

(5)改性处理：按照浴比为1:10，将氧化棉织物置于浓度为10g/L的壳聚糖溶液中(壳聚糖的分子量为200000Da)，在50条件下，搅拌120min，用去离子水洗涤数次，然后在60℃的真空烘箱中干燥6h，即可得到所述改性棉织物。

实施例5

一种改性棉织物的制备方法，包括以下步骤：

(1)去污处理步骤与实施例1的去污处理步骤相同；

(2)氧化前恒重处理步骤与实施例1的氧化前恒重处理步骤相同；

(3)氧化处理：在60℃条件下，将浓度为1.2g/L的高碘酸钠溶液和棉织物按照浴比为30:1进行混合，搅拌60min，整个反应过程在无光条件下进行，反应完成后，将处理后的棉织物在去离子水中充分洗涤，浸泡约24h，去除高碘酸钠，得到氧化棉织物；

(4)氧化后恒重处理步骤与实施例1的氧化后恒重处理步骤相同；

(5)改性处理：按照浴比为1:10，将氧化棉织物置于浓度为10g/L的壳聚糖溶液中(壳聚糖的分子量为200000Da)，在60℃条件下，搅拌120min，用去离子水洗涤数次，然后在60℃的真空烘箱中干燥6h，即可得到所述改性棉织物。

失重率测试

经氧化剂处理后的棉织物结构和性能会发生一定程度的受损，会发生降解，可用失重率表示。实施例1-5在氧化过程中，不同浓度的高碘酸钠对棉纤维具有一定的侵蚀，使棉纤维产生重量的损失，因此，失重率可以定性地表示氧化反应中棉纤维的降解程度。下表1为实施例1-5氧化前和氧化后的棉织物烘干至恒重的结果。

表1

由表1的数据可以看出，氧化处理后的棉织物的失重率是随着高碘酸钠的浓度的增加而逐渐增大，高碘酸钠的浓度增加到10g/L时，棉织物的失重率达到4.62％；同时棉织物内部生成的二醛基纤维素同样随着高碘酸钠的浓度的增加呈现递增的趋势。因此，在保证棉织物质量的同时，也要兼顾棉织物内部结构中有二醛基纤维素的生成，这样在后续进行壳聚糖涂聚时，才能取得比较好的效果。

另外，随着高碘酸钠的浓度的增加，棉织物的拉伸断裂强力性能也会发生改变。众所周知，拉伸断裂强力性能是影响棉织物乃至成衣的十分重要的关键因素之一。所以，不能为了片面追求染色性能上的提升，而使得改性后棉织物性能却大不如未改性的棉织物。为了得到氧化后棉织物的最好效果，使得最终改性棉织物不仅是染色性能上有一定程度的提升，并且能不损失原来棉织物在日常应用生产中的性能，有必要对氧化后棉织物的拉伸断裂强力性能进行研究。因为高碘酸钠的氧化可能在某种程度上损伤棉织物内部纤维的晶态结构，从而使拉伸断裂强力性能降低。同时，高碘酸钠的浓度的大小又会影响二醛基纤维素的生成，直接影响最终壳聚糖涂聚棉织物的效果，从而影响最终棉织物的染色性能。因此，对高碘酸钠的浓度高低与棉织物拉伸断裂强力性能之间的关系进行深入的研究。

拉伸断裂强力性能测试

分别将实施例1-5经氧化处理得到的氧化棉织物修剪成大小为5cm×25cm的样品，测试各个样品的断裂强力(如表2所示)以及断裂伸长率(如表3所示)。

测试条件：

采用YG065型电子织物强力试验仪进行测试；温度20℃，湿度65％，工作长度5cm×25cm，0.05cN/dtex，拉伸速度60mm/min。

表2

由表2的数据可以看出，随着高碘酸钠溶液的浓度的增加，氧化棉织物的断裂强力逐渐下降，而断裂强力损失率逐渐上升。特别是当浓度超4.0g/L时，损失率骤然上升，说明氧化剂的浓度，对于棉织物的断裂强力有较大的影响。

表3

由表3的数据可以看出，随着高碘酸钠溶液的浓度的增加，氧化棉织物的断裂伸长率逐渐下降，而断裂伸长率损失率逐渐上升。特别是当浓度超4.0g/L时，损失率骤然上升，说明氧化剂的浓度，对于棉织物的断裂伸长率有较大的影响。

综合表2和表3的数据可知，主要是在高碘酸钠溶液的浓度比较小的情况下，发生氧化反应的主要区域是在棉纤维的非结晶区，内部晶态结构所受影响不明显，所以纤维力学性能不会受到明显程度的损伤。随着高碘酸钠溶液的浓度的增大，一方面纤维结晶区表面和内部逐步发生了氧化反应，原有的棉纤维分子的排列与堆砌发生了改变，削弱了纤维分子间结合力；另一方面随着氧化反应的进一步进行，纤维分子链内和分子链间氢键、范德华力等次价键结合作用被逐步变弱，从而棉纤维的内部晶体结构被破坏，导致纤维拉伸断裂强度的下降。

综合以上分析，为保证氧化棉织物的失重率和拉伸断裂强力性能，同时使得改性后的棉织物有二醛基纤维素的生成，高碘酸钠溶液的最佳浓度为1.6g/L，在60℃的条件下氧化处理棉织物60min。

对比例1(与实施例1的区别在于棉织物不经过高碘酸钠处理)

本对比例棉织物的制备方法，包括以下步骤：

(1)去污处理步骤与实施例1的去污处理步骤相同；

(2)改性处理：按照浴比为1:10，将棉织物置于浓度为10g/L的壳聚糖溶液中(壳聚糖的分子量为200000Da)，在60℃条件下，搅拌120min，用去离子水洗涤数次，然后在60℃的真空烘箱中干燥6h即可。

对比例2(与实施例1的区别在于棉织物不经过壳聚糖处理)

本对比例棉织物的制备方法，包括以下步骤：

(1)去污处理步骤与实施例1的去污处理步骤相同；

(2)氧化处理：在60℃条件下，将浓度为1.6g/L的高碘酸钠溶液和棉织物按照浴比为30:1进行混合，搅拌60min，整个反应过程在无光条件下进行，反应完成后，将处理后的棉织物在去离子水中充分洗涤，浸泡约24h，去除高碘酸钠即可。

染色性能测试

染色处方：活性染料1％owf，浴比30:1，食盐30g/L，碳酸钠20g/L。

染色步骤：

a)实验准备：分别取实施例1-5及对比例1-2制得的改性棉织物作为试验样品，同时以普通未经过处理的棉织物作为对照组样品。根据上述染色处方和试验样品重量，称量所需要的活性染料、食盐和碳酸钠，量取实验所需要的水，配制染液；

b)染色处理：室温下将试验样品分别放入配制好的染液中，染色温度60℃，处理时间60min，不断搅拌，防止染色不均、色差。

染色后处理包括清洗和皂洗，其中清洗处方：浴比10:1，温度室温(20-30℃)，时间10min；皂洗处方：浴比20:1，皂洗液浓度2g/L，皂洗时间10min，皂洗温度95℃。

染色后处理主要分三步：第一步将染色完的棉织物取出，用20mL的清水进行清洗，清洗的目的是为了洗掉染色过程中粘在棉织物上没有完全反应的染料；第二步用40mL的皂洗液在95℃下进行皂洗处理，目的是洗去浮色，使更好的向纤维表面扩散；第三步再用20mL的清水进行清洗，目的是洗去皂洗液。

把上述染色后处理三步处理后的剩余液倒在一起，分别测量其体积和吸光度，计算上染率和固色率，结果见表4所示。

1.上染率测试

用V-5000型可见光光度计分别测定染料在最大吸收波长处染色前后的吸光度。染色后，成品上所上染的染料量占原先所用染液中染料的百分比称为上染率。

其公式为：

式中：A

V

2.固色率测试

用V-5000型可见光光度计分别测定染料在最大吸收波长处染色前后的吸光度。固色率的定义是成品经过固色处理后，纤维上所上染的染料量占原来染液中染料的总量之比。

其公式为：

式中：A

V

表4

由表4的数据可知，实施例1-5和对比例1制得的棉织物，上染率和固色率均比对照组高，而对比例2只是经过高碘酸钠处理，棉织物的上染率和固色率相比对照组都有所下降。实施例1-5制得的棉织物，上染率和固色率均高于对比例1-2制得的棉织物，说明本发明将棉织物通过高碘酸钠以及壳聚糖进行改性处理后，使得经改性后的棉织物的染色性能得到显著提升。另外，由实施例1-5之间相比可知，当高碘酸钠浓度为1.6g/L时，上染率和固色率最高，即实施例1制得的棉织物拥有最佳的染色性能。

3.K/S值测试

使用Ci7800型电脑测色配色仪，按仪器操作规程测定染色样品的K/S值。

分别将实施例1-5及对比例1-2经固色处理后的棉织物风干成品作为试验样品，同时以普通未经过处理的棉织物作为对照组样品。将各样品放在已经调试好的测色配色仪进行测量，每个样品分别测量三个不同的方向，求其平均值，记录最终结果，结果见表5所示。

表5

由表5的数据可知，织物K/S值变化规律与上述上染率和固色率基本一致。

4.耐摩擦色牢度测试

耐摩擦色牢度按GB/T 3920-2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》标准测试

分别将实施例1-5制备的棉织物作为试验样品，同时以普通未经过处理的棉织物作为对照组样品。将样品裁剪成规格为50mm×150mm，设置好试验机器为10个循环摩擦，分别进行干摩擦和湿摩擦测试，然后评定沾色级数，结果见表6所示。

表6

由表6的数据可知，实施例1-5采用高碘酸钠以及壳聚糖进行改性处理后，相比对照组，棉织物的干、湿摩擦牢度都有所增加，尤其是湿摩擦牢度提升更明显。

5.吸湿性能测试

实验操作：将实施例1、对比例1、对比例2制得的棉织物作为样品，同时以普通未经过处理的棉织物作为对照组样品，修剪整理成大小为2.5cm×30cm样品，垂直悬挂，在试样下端8-10mm处装上3g张力夹，下端浸入高锰酸钾水溶液中，处理温度27±2℃，30min后测量样品的润湿高度，结果如表7所示。

表7

由表7的数据可知，相比对照组以及对比例1-2，实施例1经过高碘酸钠和壳聚糖处理后，棉织物的吸湿性能得到显著提升；对比例1和对比例2由于只经过壳聚糖或高碘酸钠处理，棉织物的吸湿性能相比对照组也有所提升，但提升幅度较小。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。