莱赛尔、棉、粘胶的原纤化

文摘   2024-12-13 23:47   浙江  

    大多数纤维都会发生原纤化,只不过有的严重,有的轻微,有的容易在日常生产/使用场景中被看到,有的不容易被看到。莱赛尔、丝绸、芳纶的原纤化容易在生产/使用场景看到,粘胶、莫代尔、棉、羊毛不容易在日常使用场景中看到,但如在生产中施以合适的工艺,也可令前三者发生原纤化,形成“开纤”风格的织物,详细的”开纤“工艺原理我们将在《莱赛尔、棉、粘胶的"开纤“》一文中论述。

     在所有纤维类别中,纤维素的原纤化最为常见,其中莱赛尔最为剧烈,莫代尔和棉次之,粘胶原纤化程度最低,如把原纤化程度分为5级,最剧烈的5,最轻微的1,则它们的原纤化程度如下:

    同样是纤维素,为什么粘胶的原纤化等级很低,而莱赛尔的原纤化又非常剧烈,这个要从纤维素的原纤化机理说起。  所谓原纤化,实际是指纤维发生了原纤分裂,即原本紧密在联结在一起的称为一个纤维整体的原纤集合体,因为某种原因,侧向的连接被破坏,从而使得原纤不再紧密的连接为一个纤维整体,分裂成了多根更细的原纤,即为原纤化。如果不考虑纤维的皮层因素,纤维素的原纤化均是由其湿溶胀开始,干态时,纤维素的原纤间存在大量的氢键作用,这时原纤间侧向作用力强,不容易发生原纤化,而当纤维湿润后,吸湿溶胀,侧向氢键作用被破坏,这时如果纤维本身的侧向分子联结较少,侧向作用力就会很弱,那么对其施加足够的剪切作用,其就会发生原纤化。

同时, 维素都有多级原纤结构,即纤维由巨原纤组成,巨原纤由微原纤组成,微原纤由基原纤组成。

这种多级原纤结构在持续的湿剪切作用下会产生多级原纤分裂,令纤维由光洁的线状变成絮状。下图为莱赛尔织物洗前洗后的放大镜照片,可以很明显的看到洗后纤维由光洁线状变为絮状,发生了多级原纤分裂。

     而莱赛尔比其它纤维素原纤化要剧烈的主要原因在于取向度和结晶度的差异。随着纤维的结晶度和取向度升高,纤维的拉伸强力变好,但其侧向作用会变弱,干态下侧向还可以依靠氢键作用保持连接,而湿态下氢键作用被破坏,侧向作用变得更弱,这时如果有剪切作用,则很容易发生原纤分裂即原纤化。碱在原纤化中作用是带入更多的水进入纤维内部,使侧向作用力变得更弱,促使原纤化发生。莫代尔的结晶度和取向度均高于人棉,所以其原纤化等级高于人棉,而莱赛尔的结晶度和取向度高于其他纤维素,则原纤化最为剧烈。纤维素的原纤化等级与结晶度取向度关系如下图:

   在皮层被破坏后,原纤化的发生就取决于其原纤结构的侧向作用的强弱。很难发生原纤化的粘胶纤维,由于其低取向的结构特征,其湿润后有很强双向联结的网状结构,横向间有较强的纽带结构,而莱赛尔的高取向导致其在湿润,可以清晰的看到原纤的轴向排列特征,缺少侧向的纽带作用,而形成原纤条结构,这种结构较之网状结构,更容易在剪切作用下产生侧向的相互分离即原纤化。

 而结晶度的差异也导致低结晶度的粘胶的晶片与无定形区并未形成明显的分离,而是相互“粘合”在一起,就不容易以晶片原纤的模式发生原纤分离。而高结晶的莱赛尔晶片结构清晰,容易发生片晶结构的相互分离。同时,同为再生纤维素,粘胶、莫代尔、莱赛尔的晶粒长度也有较大差别,这种差别也将带来原纤化程度的差异,晶粒越长,其原纤化会越容易和越剧烈。
莱赛尔织物发生原纤化后,会产生两个主要后果一个是织物洗后色旧色浅
另一个是织物洗后起毛起球:

织物洗后色旧色浅的原因是,原纤分裂导致纤维变细,织物的比表面积大幅提高,对光线的反射作用变强,导致的色旧色浅,与色牢度无关。比表面积这四个字是一个专业名词,是指单位质量物料所具有的总面积,单位为m2/g,纤维纤度和比表面积呈指数关系,而莱赛尔原纤多级分裂后,分裂成很细的巨原纤、微原纤和纳米原纤,比面积也就呈指数级上升,造成了织物的洗后色旧色浅,同时也让织物失去光泽。
我们对比了四种纤维的同规格针织物的多次家庭洗涤后的色旧色浅程度,并用原纤化指数来表征它,得到了下图,   可以看到,莱赛尔的色旧色浅最为厉害,100次洗后颜色深度只有洗前的一半左右,莫代尔则变化很小,的原纤化等级虽然比棉高,但它有很厚的皮层,皮层对原纤有捆扎保护作用,在皮层没有被破坏之前,不会发生原纤化。
莫代尔的皮层需要很高的剪切强度或长时间的家庭洗涤才能破坏,如果是染厂环境,在需要强碱+高速的气流机剪切,如果是家庭洗涤,则需要大几十次洗涤,在上图中,莫代尔在70次以后才开始发生原纤化,而且很轻微,只能在端圈毛羽纤维上看到很短的单级原纤分裂。
粘胶的原纤化在100次洗涤时也没有发生,去原纤化指数一直为0,即洗后颜色没有变化。棉也只有洗前颜色的八成深度,其发生了原纤化,它的原纤化等级比莫代尔低,但没有厚皮层的捆扎保护,因而原纤化反而比莫代尔更早发生,100次家庭洗涤洗后在其浮线纤维上都可观察到原纤化的发生,而浮线纤维发生原纤化,则意味着原纤化已经进入织物的深层次。

织物洗后起毛起球的原因是,纤维没有发生原纤化时,它是一个光洁的线状,在水洗时,由于受力面积小,水流或外界摩擦对其冲刷力道不大,很难能把还陷在内部的纤维拖拽出来,以形成更长的端圈毛羽,为后续的毛羽纠缠提供条件。而原纤絮状分裂后,受力面积增大,形成船帆效应,使端圈毛羽更容易在水流或外界摩擦下的拖拽出来。同时,在起毛到纠缠的阶段,纤维越粗抗弯刚性越大,容易在织物表面挺立,不容易和其他毛羽发生缠结,因而不容易起球。 纤维软,容易发生缠结,容易起球。原纤分裂后,原纤更细更软,容易发生缠结。同时,原纤化的絮状分裂,导致原纤间的接触面增大,也对其缠结有促进作用,多次洗后,如果其原纤生产速度大于原纤掉落速度,就会导致布面毛羽越来越多,就容易发生缠结和结球(关于这一点,我们将在莱赛尔织物可暴露原纤总量模型的论文详细论证)。

    布面毛羽量除了和原纤化有关,除了和织物原纤化程度有关,也和织物紧度/纱体对纤维抱合作用强弱有关,是一个多因素影响的指标。具体请参看《莱赛尔织物原纤化与起毛起球的相互递进作用——三论起毛起球和原纤化的区别》。
至于莱赛尔的抗原纤化方法,我们将在后续的文章陆续分享。主要有三个思路:加法(包含树脂交联、同浴交联)、减法(基于莱赛尔原纤化总量模型的端圈毛羽清除)、物理压制法。

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