專利名稱：一種織物功能整理助劑及其制備和應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于整理織物的助劑及其制備和應(yīng)用方法，其適用于纖維素織物的功能整理，整理后的織物具有良好的洗滌性，可用以改進(jìn)成品面料的性能，如抗紫外線(UV)、紅外增強(qiáng)、抗菌等性能。
背景技術(shù)：
隨著人們對(duì)生態(tài)和環(huán)境問(wèn)題關(guān)注程度的加深，各國(guó)對(duì)紡織品及服裝在穿著使用過(guò)程中對(duì)衣物的安全性、舒適性和功能性的需求越來(lái)越高，人們除了要求衣物具有基本的保暖功能之外，還要求其具有其他的額外功能?？棺贤饩€、濕度控制、熱量控制以及防皺防水的織物已被廣泛研究了數(shù)十年。目前有許多的公知技術(shù)被用來(lái)改進(jìn)具有不同功能作用和/或整理的織物，例如，用以提高織物的抗紫外線性能(參考美國(guó)專利6,607,994，6,565,924，6,037,280)，抗菌性能(參考美國(guó)專利6,596,657，6,541,138)，液態(tài)水管理性能(參考美國(guó)專利6,509,285，6,432,504，6,427,493，6,341,505，6,277,469，5,315,717，5,735,145，4,411,660，20020064639 A1)等等。
而天然纖維因其獨(dú)特的固有特性從遠(yuǎn)古開(kāi)始就被廣泛地用作織物材料，并且仍然在現(xiàn)代生活中發(fā)揮著重要的作用，目前也出現(xiàn)了一些關(guān)于天然纖維的其他的創(chuàng)新應(yīng)用，即將天然纖維弄碎成細(xì)粉末并涂在織物表面上或混合進(jìn)化妝品中，以提高其功能特性。
日本專利公開(kāi)號(hào)39-1941，61-36840，4-300369中就報(bào)道了蠶絲纖維可被弄碎成細(xì)粉末來(lái)加以利用。并且，細(xì)的蠶絲粉末已被廣泛地應(yīng)用于化妝品的制備(參考美國(guó)專利6,562,322，6,524,598，6,497,889，6,464,964)。PCT專利申請(qǐng)WO2004055250也公開(kāi)了一種用于將天然有機(jī)物質(zhì)粉碎成納米級(jí)纖維材料的方法清洗天然有機(jī)物質(zhì)的原料并用普通設(shè)備干燥，用普通的機(jī)械粉碎機(jī)將所準(zhǔn)備的天然有機(jī)物質(zhì)粗略地粉碎為長(zhǎng)度約為500μm的顆粒，然后將這些粗顆粒和純水混合成懸浮液，并通過(guò)專用的超聲粉碎機(jī)將粗顆粒粉碎為直徑和長(zhǎng)度都小于20μm的細(xì)顆粒，之后將包含于懸浮液中的細(xì)顆粒高壓輸送到納米碰撞機(jī)將所述懸浮液分成兩部分彼此進(jìn)行碰撞，并且產(chǎn)生振動(dòng)以使所述原料具有納米級(jí)尺寸，此外，如需要干燥納米級(jí)有機(jī)物質(zhì)，還可以使用普通噴霧干燥器干燥所述納米顆粒，由此，有機(jī)物質(zhì)可以經(jīng)上述步驟很容易并有效地被粉碎為納米級(jí)顆粒。
目前也有關(guān)于羊毛粉末相關(guān)應(yīng)用的報(bào)道。例如，美國(guó)專利5,718,954就公開(kāi)了一種包括有天然有機(jī)物質(zhì)的細(xì)粉末的物質(zhì)，其中，蠶絲粉末、羊毛粉末、纖維素粉末和甲殼素粉末被用于制造具有極好的吸濕/放濕特性的熱塑薄膜。在該專利中，作為細(xì)顆粒的極細(xì)的蠶絲蛋白質(zhì)顆粒可以通過(guò)下面的步驟生產(chǎn)第一步是用干式機(jī)械粉碎機(jī)將蠶絲蛋白粉碎成粗顆粒；第二步是用干式機(jī)械粉碎機(jī)將粗的蠶絲蛋白顆粒粉碎成細(xì)顆粒；第三步是用干式機(jī)械粉碎機(jī)將細(xì)的蠶絲蛋白顆粒粉碎成具有平均顆粒直徑為10μm或更低的極細(xì)顆粒。
雖然公知有多種整理織物以使其具有特定功能的方式，但是在現(xiàn)有技術(shù)中，如何利用天然材料來(lái)實(shí)現(xiàn)織物的多功能特性仍是被廣泛研究的課題。此外，對(duì)納米級(jí)纖維材料的應(yīng)用研究也越來(lái)越多地受到人們的關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于應(yīng)用納米級(jí)天然纖維粉末來(lái)整理織物以提高具有極好耐用性的織物的多功能特性，其可通過(guò)以納米級(jí)天然顆粒作為主要成分的功能試劑制備配方以及一些無(wú)機(jī)納米功能材料，來(lái)提高織物性能，例如抗紫外線，紅外(IR)增強(qiáng)，抗菌等性能。
由此，本發(fā)明提供了一種整理織物的助劑，該助劑中包含納米級(jí)天然蛋白纖維粉末，其重量百分比為0.5％到5％；粘合劑，其重量百分比為0.5％到1.5％；柔軟劑，其重量百分比為0.5％到1.5％；無(wú)機(jī)納米功能材料，其重量百分比為0.5％到2.5％；其余量為水。
本發(fā)明還提供一種制備上述助劑的方法，其制備步驟包括根據(jù)上述配方配制該助劑；通過(guò)一臺(tái)高效分散裝置，如超聲裝置，分散該助劑；以及過(guò)濾制備好的該助劑，用以去除大的和聚集的顆粒。
本發(fā)明又提供一種采用上述助劑整理織物的方法，該整理方法至少包括下述步驟所述助劑中浸泡和浸軋織物；以及干燥和焙烘織物。
通過(guò)上述步驟整理的織物具有多種有益的性能，例如抗紫外線、紅外增強(qiáng)、抗菌等。并且由于本發(fā)明所使用的主要成份是天然產(chǎn)品(細(xì)蠶絲粉末和羊毛粉末)，其不需要特別的設(shè)備和整理技術(shù)。同時(shí)，蠶絲粉末和羊毛納米粉末將使織物具有更好的濕度調(diào)節(jié)性能和更好的表面特性。另外通過(guò)以上步驟，可以使得經(jīng)整理的織物具有獨(dú)特的抗紫外線、抗菌和防臭以及紅外增強(qiáng)等功能，并具有令人滿意的耐用性，尤其適于抗紫外線，此外經(jīng)上述整理的織物的UPF值(即紫外線對(duì)未防護(hù)的皮膚的平均輻射量的比值)不會(huì)隨標(biāo)準(zhǔn)洗滌周期的增加而降低。再者，本發(fā)明只是需要簡(jiǎn)單的浸軋—干燥—焙烘過(guò)程對(duì)織物進(jìn)行整理，其采用了最普通的設(shè)備，整理過(guò)程簡(jiǎn)單，并可在今天的紡織工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。
下面將結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體實(shí)施例及相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果，本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)可由此得到更好的理解。


圖1為本發(fā)明整理方法的流程框圖；圖2為粉碎后蠶絲粉末顆粒尺寸的分布圖；圖3為粉碎后羊毛粉末顆粒尺寸的分布圖；圖4為無(wú)機(jī)材料MN6Z(ZnO)的尺寸分布圖；圖5為未整理的典型棉制纖維表面的形態(tài)圖；圖6為在35個(gè)標(biāo)準(zhǔn)洗滌周期之后經(jīng)納米羊毛(配方Wco1)整理的棉制纖維表面的形態(tài)圖；圖7為在35個(gè)標(biāo)準(zhǔn)洗滌周期之后經(jīng)納米羊毛(配方Wco2)整理的棉制纖維表面的形態(tài)圖；圖8為在35個(gè)標(biāo)準(zhǔn)洗滌周期之后經(jīng)納米蠶絲(配方Sco1)整理的棉制纖維表面的形態(tài)圖；圖9為織物直接反射紅外線的強(qiáng)度對(duì)比圖；圖10為織物反射面達(dá)到穩(wěn)定階段所需時(shí)間的對(duì)比圖；圖11為在動(dòng)態(tài)階段反射面上散射的總的紅外能量對(duì)比圖；圖12為抗菌環(huán)測(cè)試法進(jìn)行的抗菌性試驗(yàn)的結(jié)果示意圖，其中左側(cè)針對(duì)的是大腸桿菌；右側(cè)針對(duì)的是金黃色葡萄球菌(其樣本是經(jīng)過(guò)具有配方Sco2的助劑整理過(guò)的織物)。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將通過(guò)具體實(shí)例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的使用納米蛋白質(zhì)材料和無(wú)機(jī)納米材料的紡織品的整理方法。
下面為按照本發(fā)明方法制備功能織物的一種統(tǒng)一集中的整理方法的實(shí)例，其具體步驟如下1、對(duì)織物進(jìn)行預(yù)整理預(yù)洗，使織物清潔并親水。
2、制備助劑a)根據(jù)配方制造該助劑(其配方將具體在后面進(jìn)行說(shuō)明)；b)通過(guò)一超聲裝置以大約1kW的強(qiáng)度及工作2.5秒，停1秒的時(shí)間間隔分散該助劑至少20分鐘；c)使制備好的該助劑通過(guò)-300目的篩網(wǎng)過(guò)濾器，用以去除大的和聚集的顆粒。
3、在環(huán)境溫度為20～30℃下，將該織物浸泡到制備好的該助劑中，浸軋并保持其干燥重量大約在70～80％之間。
4、在80℃到100℃的溫度范圍內(nèi)干燥大約2到5分鐘。
5、在140℃到160℃的溫度下焙烘大約2到4分鐘。
6、清潔該織物a)在環(huán)境溫度下，以濃度為2.5g/L的陰離子洗滌劑在家用洗衣機(jī)中洗滌6-12分鐘，其中浴比為1∶20，并漂洗3分鐘；b)再次進(jìn)行干燥。
上述整理過(guò)程中的納米功能助劑的配方包括如下組分，其中單位“wt”為重量百分比(1)納米級(jí)天然蛋白纖維粉末(有機(jī)納米功能材料)0.5％到5％(wt)(2)粘合劑0.5％到1.5％(wt)(3)柔軟劑0.5％到1.5％(wt)(4)無(wú)機(jī)納米功能材料 0.5％到1.5％(wt)(5)其他化學(xué)制品(交聯(lián)劑、潤(rùn)濕劑、分散劑等)0.5％到1.5％(wt)
(6)其余量為水。
在本配方中，有機(jī)納米功能材料可由蠶絲或羊毛纖維，或其他基于蛋白質(zhì)的材料制備。在PCT專利申請(qǐng)WO200455250中公開(kāi)了一種用于將天然有機(jī)物質(zhì)粉碎成納米級(jí)纖維材料的方法，本發(fā)明的天然纖維(蠶絲或羊毛)就是按照該P(yáng)CT專利申請(qǐng)所揭露的方法粉碎成超細(xì)級(jí)的物質(zhì)，其最終弄碎的羊毛和蠶絲纖維顆粒的尺寸分布結(jié)果請(qǐng)參考圖2和圖3。圖2示出了初始直徑大約為15到25μm的蠶絲天然纖維被粉碎成大約100nm的尺寸分布結(jié)果圖。圖3則示出了初始直徑大約為15到25μm的羊毛天然纖維被粉碎成大約100nm的尺寸分布結(jié)果圖。由圖3可得出約有12.37％的羊毛顆粒的大小為0.0733μm。此外，圖4還示出了另一種從市場(chǎng)上買到的無(wú)機(jī)納米功能材料顆粒的尺寸分布。
在上述配方中，粘合劑可以是基于丙烯酸的聚合物，例如苯乙烯/丙烯酸共聚物，丙烯酸自交聯(lián)共聚物或丙烯酸丁酯和丙烯酸乙酯等。
柔軟劑可以是硅、脂肪酰胺或聚氨酯樹(shù)脂。
無(wú)機(jī)納米功能材料可是從市場(chǎng)上買到的或在實(shí)驗(yàn)室中制備的任何功能材料，例如金屬氧化物(ZnO、TiO2)、無(wú)機(jī)鹽復(fù)合材料(STK)和含重金屬離子的納米顆粒(含銀離子(Ag+)的納米顆粒)等等，其都能提供額外的功能。
其他化學(xué)制品可以包括交聯(lián)劑、潤(rùn)濕劑、分散劑等等，其中交聯(lián)劑可以是具有兩個(gè)或更多個(gè)自由羥基組的有機(jī)化學(xué)制品，例如聚乙二醇(PEG)等；潤(rùn)濕劑可以是硫酸脂肪和油酸二乙醇酰胺類型的化學(xué)制品；分散劑可以是乙醇乙氧基化物、脂肪酸乙氧基化物或脂肪醇乙氧基化物等。
根據(jù)上述配方，下面將列舉四個(gè)實(shí)施例來(lái)具體說(shuō)明具有納米蠶絲或羊毛材料的納米功能整理助劑的配方。
實(shí)施例1為具有抗紫外線性能的納米蠶絲功能整理助劑的配方Sco1，其主要成分列于表1。其中，單位“g/L”中的“每升”是配置好的助劑的容積。
表1(配方Sco1)


實(shí)施例2為具有抗紫外線性能的納米羊毛功能整理助劑配方Wco1，其主要成分列于表2。在配方Wco1中，納米羊毛材料(溶液)包含有重量百分比為3.5％的羊毛。
表2(配方Wco1)

實(shí)施例3為具有抗紫外線和抗菌性能的納米蠶絲功能整理助劑配方Sco2，其主要成分列于表3?？椢镌诒慌浞絊co2中的功能納米蠶絲和無(wú)機(jī)材料STK整理過(guò)之后能夠具有獨(dú)特的抗菌和抗紫外線性能。其中，單位“g/L”中的“每升”是配置好的助劑的容積。
表3(配方Sco2)


實(shí)施例4為用于紅外增強(qiáng)的納米羊毛功能整理助劑配方Wco2，其主要成分列于表4。在配方Wco2中，該納米羊毛材料(溶液)包含有重量百分比為3.5％的羊毛。并且在被配方Wco2中的功能納米羊毛和無(wú)機(jī)材料(ZnO納米粉末)整理過(guò)之后，該纖維將具有獨(dú)特的紅外吸收和抗紫外線性能。
表4(配方Wco2)

通過(guò)以上所揭示的應(yīng)用納米級(jí)天然纖維粉末來(lái)整理織物的方法以及不同助劑的配方，可以使織物具有各種不同的功能特性。下面將通過(guò)幾個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)對(duì)比分析經(jīng)整理的織物與未經(jīng)整理的織物之不同。
1.掃描電子顯微鏡(SEM)試驗(yàn)請(qǐng)參考圖5-圖8，其分別是通過(guò)掃描電子顯微鏡獲得的整理過(guò)程中纖維表面形態(tài)改變的典型特征圖形。其中，圖5為未整理的典型棉制纖維表面的形態(tài)圖；圖6為在35個(gè)標(biāo)準(zhǔn)洗滌周期之后經(jīng)納米羊毛助劑(配方Wco1)整理過(guò)的棉制纖維表面的形態(tài)圖；圖7為在35個(gè)標(biāo)準(zhǔn)洗滌周期之后經(jīng)納米羊毛助劑(配方Wco2)整理過(guò)的棉制纖維表面的形態(tài)圖；圖8為在35個(gè)標(biāo)準(zhǔn)洗滌周期之后經(jīng)納米蠶絲助劑(配方Sco1)整理過(guò)的棉制纖維表面的形態(tài)圖。
與典型的末整理的棉纖維表面相比，可以發(fā)現(xiàn)在分別用納米蠶絲功能整理助劑和納米羊毛功能整理助劑對(duì)織物進(jìn)行整理之后，包含有納米蠶絲粉末或納米羊毛顆粒和功能納米粉末的薄膜形成并固定在織物纖維的周圍。這種在纖維上的具有獨(dú)特耐用性的膜將影響該織物表面的特性、抗紫外線性能以及其他有價(jià)值的特性，如紅外增強(qiáng)和抗菌等特性。
2.紫外線特性(UPF)試驗(yàn)在CARY 300紫外—可見(jiàn)光分光光度計(jì)上按照下面的AS/NZS 4399-1996標(biāo)準(zhǔn)對(duì)經(jīng)整理的棉織物進(jìn)行抗紫外線特性的試驗(yàn)。這里總共列舉了3種棉織物，其包括具有不同重量和織物結(jié)構(gòu)的編織和機(jī)織的類型。
試驗(yàn)結(jié)果被分別列于下面的表5，通過(guò)對(duì)比可以看到無(wú)論標(biāo)準(zhǔn)洗滌周期為多少次，通過(guò)納米蠶絲功能整理助劑和納米羊毛功能整理助劑整理過(guò)的織物的UPF值顯著提高了。
表5

3.IR增強(qiáng)特性試驗(yàn)合成的聚乙烯樹(shù)脂(PE)針織物按配方Wco2再次整理，織物的紅外發(fā)射特性可通過(guò)一種新研制的名為“織物紅外管理特性檢測(cè)儀”的儀器表現(xiàn)出來(lái)，其能被用于測(cè)量分別在織物的上(反射)面和底(傳導(dǎo))面上的紅外發(fā)射強(qiáng)度的變化，并且產(chǎn)生一系列指數(shù)以描述IR處理特性。
參考圖9-11，圖9為織物直接反射紅外線強(qiáng)度的對(duì)比圖，其示出了經(jīng)整理的和未經(jīng)整理的織物之間的區(qū)別，可以看到經(jīng)整理后的織物反射紅外線的強(qiáng)度明顯被降低了。圖10為織物反射面達(dá)到穩(wěn)定階段所需時(shí)間的對(duì)比圖，從圖10中可以看到經(jīng)整理的織物需要更多的時(shí)間才能達(dá)到紅外發(fā)射的穩(wěn)定階段。圖11為在動(dòng)態(tài)階段反射面上發(fā)射的總的紅外能量對(duì)比圖，從圖11中可以看到經(jīng)整理的織物在動(dòng)態(tài)階段的反射面能夠發(fā)射出更多的紅外能量。
4.抗菌特性試驗(yàn)在該實(shí)施例中采用抗菌環(huán)的方法來(lái)探測(cè)經(jīng)整理的織物的抗菌特性。參考圖12，其為抗菌環(huán)法對(duì)經(jīng)由配方Sco2制備的助劑整理過(guò)的織物進(jìn)行抗菌活性試驗(yàn)的結(jié)果示意圖，其中左側(cè)針對(duì)的是大腸桿菌；右側(cè)針對(duì)的是金黃色葡萄球菌，另外該織物的樣本是經(jīng)過(guò)具有配方Sco2的助劑整理過(guò)的織物。從圖12中可以看到，經(jīng)整理的織物周圍有一顯著的抗菌環(huán)，顯示出該織物具有抗菌效果。
由上述試驗(yàn)結(jié)果可以看到，本發(fā)明的使用納米蛋白質(zhì)材料和無(wú)機(jī)納米材料對(duì)紡織品進(jìn)行整理的方法，提高了織物的多方面的性能。
另外，本發(fā)明可作為一種新技術(shù)被廣泛地用于具有高附加值的高性能紡織品上，由于蠶絲和羊毛是來(lái)自天然的材料，他們適應(yīng)于環(huán)境并且對(duì)人類是安全的。在通過(guò)上述的技術(shù)整理之后，棉織物可以保持其固有的柔軟手感、保水性等特性，而不會(huì)改變?cè)摬牧系臋C(jī)械特性，可以充分地看到該材料的高性能，如織物將具有更好的濕度調(diào)節(jié)性能和更好的表面特性、獨(dú)特的抗紫外線功能、抗菌和防臭以及紅外增強(qiáng)功能等，這些都會(huì)吸引消費(fèi)者，并且這種高性能的紡織品適于夏季的休閑衣物、內(nèi)衣褲以及醫(yī)用產(chǎn)品，例如繃帶、病人服，其市場(chǎng)潛力是非常大的。
權(quán)利要求
1.一種整理織物的助劑，其特征在于該助劑中包含納米級(jí)天然蛋白纖維粉末，其重量百分比為0.5％到5％；粘合劑，其重量百分比為0.5％到1.5％；柔軟劑，其重量百分比為0.5％到1.5％；無(wú)機(jī)納米功能材料，其重量百分比為0.5％到1.5％；其余量為水。
2.如權(quán)利要求1所述的整理織物的助劑，其特征在于所述納米級(jí)天然蛋白纖維粉末為納米級(jí)蠶絲粉末或納米級(jí)羊毛粉末。
3.如權(quán)利要求1所述的整理織物的助劑，其特征在于所述無(wú)機(jī)納米功能材料是金屬氧化物、無(wú)機(jī)鹽復(fù)合材料和含重金屬離子的納米顆粒中的至少一種。
4.如權(quán)利要求1所述的整理織物的助劑，其特征在于所述粘合劑為苯乙烯/丙烯酸共聚物、丙烯酸自交聯(lián)共聚物或丙烯酸丁酯和丙烯酸乙酯。
5.如權(quán)利要求1所述的整理織物的助劑，其特征在于所述柔軟劑是硅、脂肪酰胺或聚氨酯樹(shù)脂。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的整理織物的助劑，其特征在于該助劑中還含有交聯(lián)劑、潤(rùn)濕劑和分散劑中的至少一種，其重量百分比為0.5％到1.5％。
7.如權(quán)利要求6所述的整理織物的助劑，其特征在于所述交聯(lián)劑為具有至少兩個(gè)自由羥基組的化合物；所述潤(rùn)濕劑為硫酸脂肪或油酸二乙醇酰胺；所述分散劑為乙醇乙氧基化物、脂肪酸乙氧基化物或脂肪醇乙氧基化物。
8.一種制備權(quán)利要求1所述助劑的方法，其特征在于所述助劑的制備步驟包括配制該助劑；通過(guò)高效分散設(shè)備分散該助劑；以及過(guò)濾制備好的該助劑，用以去除大的和聚集的顆粒。
9.一種采用權(quán)利要求1所述助劑整理織物的方法，其特征在于該整理方法至少包括下述步驟在所述助劑中浸泡和浸軋織物；以及干燥和焙烘織物。
10.如權(quán)利要求9所述的整理織物的方法，其特征在于所述助劑的制備步驟包括配制該助劑；通過(guò)高效分散設(shè)備分散該助劑；以及過(guò)濾制備好的該助劑，用以去除大的和聚集的顆粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種織物功能整理助劑及其制備和應(yīng)用方法，其中整理織物的功能助劑中包含有納米級(jí)天然蛋白纖維粉末，其重量百分比為0.5％到5％；粘合劑，其重量百分比為0.5％到1.5％；柔軟劑，其重量百分比為0.5％到1.5％；無(wú)機(jī)納米功能材料，其重量百分比為0.5％到2.5％；余量為水。其制備過(guò)程包括配制該助劑；通過(guò)高效分散設(shè)備分散該助劑；以及過(guò)濾制備好的該助劑，用以去除大的和聚集的顆粒。本發(fā)明通過(guò)納米級(jí)天然纖維粉末的助劑對(duì)該織物進(jìn)行整理，通過(guò)以納米級(jí)天然纖維顆粒作為主要成分的功能試劑制備配方以及一些無(wú)機(jī)納米功能材料可以提高織物性能，例如抗紫外線、紅外(IR)增強(qiáng)和抗菌等性能。
文檔編號(hào)D06M15/15GK1763301SQ20041008528
公開(kāi)日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2004年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月18日
發(fā)明者李毅, 宋慶文, 胡軍巖 申請(qǐng)人:香港理工大學(xué)