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“2014年中国纺织创新年会”创新论坛之“科技驱动需求”——徐卫林:纺织产业链中几个关键环节的问题及其技术创新

发表时间:2014/12/31

武汉纺织大学教授、博士生导师徐卫林

一、采用中药能否制成纯中药纤维?白芨多糖纤维成型性能的研究与应用

目前,纺织材料在医学领域的应用越来越广泛,如医用纱布。具体用途不同,对纱布的要求也不同,如:用于脑外科和眼科的纱布不允许掉毛;用于手术后的纱布要求吸血性能要好。曾有医生提出目前很多手术后用的纱布是留在人体内的,纺织行业能否开发出一种能够对人体无害,同时也能够被人体吸收的多功能医用纱布?我国的中药材种类繁多,物产丰富,能否用这些药材作为原料,制成这种多功能医用纱布?

白芨,兰科属多年生草本,根茎为三角状扁球形或者不规则菱形,根茎因富含葡甘聚糖而具有较大的粘性,白芨根茎具有收敛、补肺止血、消肿生肌等作用,外敷治疗创伤出血、烫伤及手足皲裂等,目前关于白芨的应用主要有消化道出血、创面愈合、细胞增殖及恶性肿瘤癌症的栓塞治疗。

(1)白芨多糖的物理化学性能

葡甘聚糖是白芨多糖的主要多糖物质,是葡萄糖和甘露聚糖以β-1,4糖苷键结合而成的大分子多糖,甘露糖和葡萄糖的比例为3:1,每12个己糖单位含有1.7个己糖分枝和两个乙酰基,2%的白芨多糖溶液特性黏度为9~12mm2/s。

(2)白芨纤维的制备

白芨纤维的制备包括白芨多糖的提取、纺丝液的制备、纺丝及干燥四个步骤。(白芨多糖的提取采用水提醇沉的方法,纺丝液浓度为14%~20%,纺丝在以无水乙醇为非凝固剂的凝固浴中进行,卷绕得到的纤维低温干燥。)

(3)白芨止血布制备

最初研制出来的纱布手感比较硬,为了使其性能、手感更好,对其进行改良研究,但同时不改变其原有的特性,并确保其对人体不产生副作用。

二、天然蛋白纤维如何高效使用?

众所周知,化学纤维的性能十分优良,而天然纤维则存在力学性能、形态难加工等不足,但要使合成纤维在仿毛方面真正模仿天然纤维还是比较困难。以天然纤维里的蛋白质纤维为例,其染色性非常好,保暖性也非常好,但是不能直接使用,业界在这方面已做了很多的基础研究。对于羊毛,一方面羊毛的鳞片,会产生起毛起球的问题,另一方面对化纤通过仿鳞片,达到羊毛织物的风格,这是科技和时尚的结合。因此,通过将蛋白纤维材料做成纳米颗粒,再把合成材料和天然材料在微观上进行混合,使合成材料的性能得到改善。

将天然蛋白纤维通过纳米技术制备成纳米材料,而这些材料结合相应的加工技术实现多种用途。第一个研究是把它应用于粘胶纤维,羊毛与粘胶复合纤维具有典型的酸性可染及仿毛特点,但是也存在能耗大、废水多的问题,能否通过研究开发出非水溶性的粘胶,进行微观的复合纺丝,并且能够用酸性染料、活性染料进行染色?另外,人造羊毛,它的形态与天然纤维有很多的差异,通过整理技术实现纤维表面被蛋白纤维颗粒覆盖,实现涤纶用酸性染料染色的目的。

三、短纤维纱毛羽如何产生与消除?

毛羽对纱支(比重不可忽略)、条干、纱疵等有影响,将其转入纱体则可避免不良影响,并改善纱线强力。不同原料纤维成纱不仅受纺机、纺纱工艺影响,更主要是由纺纱原料自身性能所决定。研究发现,对于棉纤维、麻纤维受热后纤维模量下降,刚度降低;涤纶、腈纶纤维受热后纤维模量下降,刚度同样降低。基于此,研究团队开发出“柔洁纺”纺纱工艺,有效解决了高钢性纤维在纺纱生产中的毛羽问题。

四、纤维材料表面物化性能的调控及其应用

不同纤维表面独有且复杂的物理化学结构增加了后加工的技术难度,并导致高排放。如棉纤维表面富含蜡质、果胶、棉籽壳等杂质,需经煮练漂等加工去除。羊毛纤维表面的鳞片层含有油脂导致其亲水差、易毡缩、易褶皱。涤纶纤维表面光滑,缺乏活性基团,对于纺纱生产须采用PVA和含有高含量PVA的浆料。

印染行业面临巨大的节能减排压力。纺织行业位居工业废水“排行榜”第三位,印染废水排放量又占其中的80%。在这种背景下,涂料染色因无水洗可实现废水近零排放的优点成为纺织工业“十二五”发展的六大目标之一。

电晕辐照解决了棉纱线涂料染色的难题。原棉纱线因含蜡质、果胶、杂质、棉籽壳等成分而不具亲水性,而棉纤维表面的物化结构特点是造成其涂料染色难题的根本原因。棉纱条经电晕辐照处理后,芯吸高度从0增加到近300px,接触角降低到近0度,涂料的粘附强力增加71.4%,色深值(K/S值)增加了2.5倍;解决了目前纱线涂料染色存在的染色牢度差、染色透芯度差、染色深度差等问题,且本技术的生产用水量、废水排放量及COD排放量远超行业清洁生产标准的一级水平。截止目前,电晕改善棉条预处理装置已拥有包括美国ASHER Fabric公司在内的国内外60余家客户,市场需求大。

五、前处理及染色一定要用水吗?

染色能不能不用水?很多高校、科研院所都在做无水染色技术的研究。本研究团队已开发出乙醇-水体系的棉纺织品高温前处理、乙醇-水体系的棉、麻纺织品冷轧堆前处理、乙醇-水体系的棉纺织品浸染及轧染、乙醇-水体系的未煮漂棉纺织品浸染及轧染、乙醇-水体系的麻、毛和涤纶纺织品浸染共5个生产工艺。同时,通过与企业合作,成功解决产业化回收装备的问题。

六、纺织品检测能否向数字化发展?

单向导水织物结构模型利用纤维离子导电机理创造性地设计了测量机构,突破了纤维及其织物动态梯度性导水表征的难题。经过香港理工大学团队的后续努力,该仪器及检测方法已在2009年成为AATCCTM-195美国标准,以及中国国家标准(GB/T21655.2-2009)。截止至2012年初,该仪器已经销往29个国家与地区。