纯棉抗菌防病毒耐静水压医用防护服的加工方法
赵士永
尚维欣
刘瑞宁
杨晓琳
河北宁纺集团
广州联庄科技有限公司
2017-11-25

纯棉抗菌防病毒耐静水压医用防护服的加工方法

赵士永1,尚维欣1,刘瑞宁1,杨晓琳2

(1.河北宁纺集团  河北宁晋  055550;2.广州联庄科技有限公司  广东广州  510663)

       技术领域:使用新工艺是在纯棉织物应用上,用于医用防护服的染整工艺。

       背景技术:目前,医用防护服大部分使用无纺布作材料,除满足医用防护服的基本要求外,还存有如下不足:一是用无纺布做成服装透气性很差,在穿着过程中容易发闷出汗,从而给身体带来一定的不适感;二是无纺布做成的服装相对于纯棉织物做成的服装,柔软度较差;三是无纺布多半属于一次性使用,这样不仅会对资源造成浪费而且还会加重环境的污染。

       使用新工艺内容:本实用新工艺需要解决的技术问题是:制定一套工艺流程短、能耗低、水耗低,废水中COD、BOD值低,又能满足染整要求的、应用于医用防护服领域的染整加工工艺。

        为解决上述技术问题,本实用新工艺所采取的技术方案是:

        第一,利用ZJ-CH41精练酶高效、专一、处理条件温和的特点,在合适的条件下乳化、降解棉纤维上的部分杂物及共生物,或破坏杂质及共生物在棉纤维上的完整结构,为后道工序中化学药剂的作用提供更多的空间;

        第二,利用双氧水和辅助化学药剂在合适的条件下进一步去除棉纤维上残余的杂质及共生物;

        第三,优选耐氯漂色牢度优异的还原染料或活性染料对织物进行染色;

        第四,优选耐静水压、防水防油和抗菌防病毒效果很好的相关助剂。

        由于本技术方案的前处理工艺流程短(退煮合一)、高温处理时间短、以选用含碱量较低的多功能化学药剂代替常规工艺中大量使用的烧碱,从而大幅降低了前处理过程中的能耗、水耗和工业废水中的COD、AOX值,同时也降低了污水处理费用,使综合加工成本下降40%左右,具有较高的经济价值和社会价值。在染色和后整理中选用合适的还原染料、防水防油剂和抗菌剂,使加工的纯棉斜纹达到了医用防护服的使用标准,能够代替现用的无纺布。

       附图说明:常规工艺的流程图:

       坯检→翻缝→退浆→烧毛→煮练→氧漂→丝光→染色→浸轧整理液→预缩→焙烘→验码。      

       本实用新工艺的工艺流程图:

       坯检→翻缝→冷堆→烧毛→短蒸→丝光→染色→浸轧整理液→预缩→焙烘→验码。

       本方案所改进的技术有:一是将常规工艺中的步骤3、4、5合理缩减为本新工艺中的步骤3;二是将常规工艺中步骤6合理优化为本新工艺中的步骤5;三是优化织物组织规格、优选染料和后整理相关助剂使纯棉梭织物达到了无纺布类医用防护服的要求。

       具体实施方式:下面结合附图对本实用新工艺做进一步详细说明。

 


前  言

       医用防护服在产业用纺织品的应用份额中占有相当大的比重。医用防护服不仅要求具有较高的抗菌作用,还要求具有很好的耐静水压和耐氯漂色牢度,以防止血液或酒精的渗透避免交叉感染,并适应含氯消毒剂的洗涤。目前,医用防护服大部分使用无纺布作材料,除满足医用防护服的基本要求外,还存有如下不足:

       一是用无纺布做成服装透气性很差,在穿着过程中容易发闷出汗,从而给身体带来一定的不适感;

       二是无纺布做成的服装相对于纯棉织物做成的服装,柔软度较差;

       三是无纺布多半属于一次性使用,这样不仅会对资源造成浪费而且还会加重环境的污染。

       从近年来国内外纺织面料创新成果和最新动态来看,纺织面料正在突破“生态、时尚、舒适、健康和功能性”的主题,开发重点将从注重“款式、色彩、时尚”逐渐转向“友善人体、可穿性化妆品、可穿性医疗品”的理念上来。正是基于这种理念,我们公司通过优选助剂、优化处方和工艺成功开发了纯棉类医用防护服。

1.织物规格与设备

       织物:145/147cm  29tex×29tex  425根/10cm×425根/10cm 纯棉斜纹。

设备:JMA013-200JD4电加热烧毛机、冷漂专用机、MH552C-180平幅退浆机、MONFORTS-328拉宽(定型)机、LM-172直辊布铗丝光机、ZLQER991-180连续轧染机、ZLMD-991热风拉幅定型机、LMA451-B预缩机、MOHFONGS-328-TW1N-AIR 8F热风拉幅定型机。

       检测标准:

       防水:按AATCC 22-2001标准,在AATCC喷淋法测试仪上测定。评定标准:100分(ISO 5级)~0分(ISO 0级)。

       防油:按AATCC 118-2002标准测试。

       耐静水压:按AATCC 127-2001《纺织品抗水性静水压试验》测定

抗菌:按AATCC-25922大肠杆菌,AATCC-4352肺炎克雷伯氏菌,AATCC-25923金黄色葡萄球菌标准测试。

       耐洗性:按AATCC-135家用洗涤方法标准测试。

2.染整工艺流程及分析

       坯检→翻缝→烧毛→冷轧堆练漂→短蒸→丝光→染色→抗菌防病毒耐静水压整理→预缩→焙烘→验码。

       2.1 烧毛

       为体现织物光泽感,消除印染加工中因绒毛粘结而产生的疵病,需采用气体烧毛机进行烧毛。

       2.1.1 工艺参数

       二正一反,温度:800~1000℃;车速:100~120m/min。

       2.1.2 工艺分析

       (1)烧毛是决定织物品质、风格的重要工序,其质量限定于温度、车速、时间等各工艺参数,其中烧毛温度的高低是烧毛质量的关键,低温低速容易烧焦布面且烧毛效果不好,一般采取高温快速烧毛。烧毛时要通过调整导布棍的位置,使火焰仅以切线方式通过坯布。

       (2)烧毛后要及时过水或浸轧退浆酶(苏宏2000L酶:4g/l)灭火,以达到降低堆置温度、避免纤维强力下降的目的。

       2.2 冷轧堆练漂

       随着精细化工和印染机械的不断发展,高能耗高污染的常规退煮漂工艺正在逐渐被低能耗低污染的低温练漂工艺所取代。经过与有关大专院校紧密合作,我们公司成功开发了取代常规煮漂助剂的ZJ-CH41四合一精练酶,正在市场推广之中。对于像T-400、再生纤维素纤维等不耐强碱、不耐高温或容易在湿热状态下发生较大程度的收缩织物更适用此冷堆工艺。

       2.2.1 工艺处方(g/L)

       ZJ-CH41精练酶     20~30

       ZJ-C302精练剂     3

       27.5% H2O2        35

       堆置温度/℃          50~55

       堆置时间/h           8~12

       2.2.2 工艺分析

       冷轧堆工艺条件温和,既节能、节水又能使织物上的浆料、杂质及色素等膨化、溶胀、基本降解,并避免产生卷边、皱条等疵病。

       2.3 短蒸

       冷漂精练后,织物上的浆料、果胶、蜡质等杂质只会膨胀变成水溶性物质,而不会完全降解去除干净,需要通过热蒸洗处理进一步去杂。

       2.3.1 工艺处方(g/L)

       ZJ-CH41精练酶     20

       ZJ-C302精练剂     4~6

       27.5% H2O2         15

       汽蒸温度/℃         98~100

       气蒸时间/min      40~50

       2.3.2 工艺分析

       (1)短蒸-水洗可使织物上已溶胀、分解的杂质和浆料充分去除,对半制品毛效和白度的提高有很大提升作用。

       (2)水洗一定要充分,温度控制在90~95℃,溢水倒流,以保证其质量满足后工序染整加工要求。

       2.4 丝光

       丝光是指织物在经纬方向上都受到张力的情况下,在浓烧碱或其他药品的作用下,达到改变纤维结晶度、改善纤维染色性能目的的过程。

       2.4.1 工艺参数

       车速:40~45m/min。

       烧碱浓度:240~260g/L(浸碱时间:45~50sec)。

       回收碱度:45~50g/l。

       平洗槽温度:1~2格95℃,3~4格80℃,其他65℃。

       2.4.2工艺分析

       (1)丝光有利于提高织物的吸附性能,增加染色深度和鲜艳度,使织物表面平整,反光均匀。

       (2)烧碱有效浓度的控制:丝光用碱不可用34.2~35.8Be0氢氧化钠。由于空气中碳酸气体的存在,会造成丝光碱液(浓度240~280g/l)中含有一定量的纯碱,随着碱液不断的循环使用,织物上的浆料、半纤维素杂质等也会溶解于碱液中,这样使得碱液粘度增高,影响丝光对织物的渗透性,进而影响纤维膨化。生产实践中烧碱(浓度390~400g/l)中纯碱的含量控制在3%。

       (3)加入适量螯合分散剂(0.2~1g/l),其主要成分是碳氢剩基的化合物,在碱剂的作用下与Ca2+、 Fe2+重金属离子形成少溶性氢氧化物类胶体而“失活”,从而根除了生成浮垢的因素。

       (4)回收碱浓控制在45~50g/l。回收碱浓度过高,影响淡碱对布面的冲洗,对丝光的扩幅和放松纬向张力后织物的收缩以及丝光光泽都有一定的影响;回收碱浓度过低,对淡碱回收再利用、节能减排增加过量的负担。

       (5)去碱蒸箱的温度及平洗格温度的控制:烧碱在水中的溶解度是随温度增高而加大的,提高蒸洗碱温度,对提高去碱效率是有利的。我司蒸洗碱实践温度控制在95℃,平洗格温度85℃,效果较好。

       2.5 染色

选用的纤维、染料和染色下机布的质量对医用防护服面料的各种效果有着直接性的影响。

       2.5.1 纤维的分类

       纤维按大类分,可以分为阴性纤维和两性纤维。阴性纤维主要以棉和涤纶为代表:虽然棉属于纤维素纤维,但由于被漂白和空气氧化会产生羟基;涤纶是由邻苯二甲酸和乙二醇制造而成的,同样包含羟基。这些纤维在水中时带电荷。两性纤维包括羊毛、蚕丝和尼龙等。

       这些纤维因为既带有酸性基团(羟基),又带有碱性基团(氨基),所以随着PH值的变化,纤维表面的电荷也会发生变化,如下图1所示。

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图1  各种纤维的Zeta电位和PH值的关系

       防水防油剂乳液的表面电位(zeta电位)和防水防油剂性能之间也有着极为密切的关系。比如说棉:因为棉纤维的zeta电位呈负电荷,当防水剂粒子呈阳离子性时,会通过离子吸附产生均以吸收(在处理液中),在纤维表面形成均匀的薄膜,从而产生高性能的效果。正是由于这样,在纺织品后整理加工中一般都使用阳离子型的防水防油剂。


表1  不同离子型的防水剂粒子对纤维的附着性和防水性(棉)


      阳离子性

       非离子性

       阴离子性

防水防油剂的zeta电位

       +40mV

      -13mV

        -35mV

         防水/防油性

         100/5

         0/0

           0/0

布料的含氟量/mass%

           0.28

         0.27

           0.23


       另外,尼龙虽然是两性纤维,但是不同的前处理会对尼龙织物的zeta电位和防水效果有所影响,详见表2。


表2  布料的zeta电位和防水效果

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       2.5.2 染料的选择

       对要求进行医用防护服加工的织物染色时,一定要选择耐氯漂牢度达到3~4级的还原染料或活性染料,尽可能不选用硫化染料。原因如下:

       一是硫化染料中游离的-S-容易与整理液中的H并结合空气中的O2生成亚硫酸,对织物的强力造成剧烈的不可修复的损伤;

       二是硫化染料属半偶氮染料,对人体健康存有潜在的危害,并且生产过程中,产生的多硫化物对生态环境也会造成很大的伤害;

       三是硫化染料染色织物牢度差(特别是耐氯漂色牢度)、色光不稳定,比较容易发生储存变色。

       2.5.3 染色残留助剂的去除

       由于染料化学结构和染色工艺的需要,在染色过程往往需要添加多种辅助助剂,这些辅助助剂要求在后道水洗过程中完全洗净去除。一旦布面残留浆料、洗涤剂、表面活性剂或碱剂,就会对耐静水压效果产生破坏削弱作用。有机硅化合物及高的残留量可能会影响整理效果。

       经过试验发现,使用鲁道夫公司的KST清洗剂能有效去除布面残留的表面活性剂,使耐静水压测试由原来的240mm提高到400~420mm。

       2.5.4 布面PH值的控制

       我司生产的FCB-007防水防油剂是弱阳离子乳液,为了促进该整理剂的使用稳定性并保证效果的持久性,染色下机布的布面PH值需控制在5.8~6.5。

       2.2.5 落布含潮和温度的控制

       染色下机布的含潮率通常控制在5%。织物含潮率过大,降低轧余率并影响浸轧的均一性;含潮率过小,浪费蒸汽,还会使落布的温度升高。落布的温度必须低于40C。这是因为在后道浸轧FCB-007工作液中,随着加工数量的增加,布面的热量会不断传递给整理液,使整理液由原来常温升高到40C以上。

       这时,整理液就会出现团聚、破乳、粘辊粘轴等现象;解决的方法就是给浸轧槽通冷流水降温。

       2.5.6 染色下机布的要求及其检测方法

       PH(AATCC 81-2001)                    6.0~7.0

       碱含量 (AATCC 144-2002)           ≤0.05%

       水/酶残留物 (AATCC 97-1999)     ≤1.0%

       三氯乙烷萃取物 (AATCC 97-1999)≤0.5%

       2.5.7 染色工艺

       染色处方:FFB绿 25g/L、M-N灰 25g/L、黄G 7.68g/L。

       还原处方:保险粉80g/L、烧碱100g/L。

       氧化处方:PH值4~5、H2O2  8~9g/L(滴定含量)。

       2.6 浸轧FCB-007整理液

       通常后整理采用浸轧工艺,其工作效率高,前后一致性好。

       2.6.1 整理液PH值的控制

       FCB-007整理剂是弱阳离子乳液,需调整溶液的PH值至5.5~6.0。调整PH值可以选用醋酸、柠檬、AC酸(亨斯迈公司)。一般使用醋酸成本较低,但使用同时必须对醋酸进行分析化验,确定其中是否含硫酸。一旦醋酸中混入硫酸,在后道焙烘过程中会对织物的强力造成不可修复的损伤。柠檬酸、醋酸与溶液PH值的对应关系如下表所示。

表3  柠檬酸用量与溶液PH值的对应关系表

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表4  醋酸用量与溶液PH值的对应关系表

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图2  柠檬酸、醋酸、AC酸与溶液PH值的关系图

 

       2.6.2 整理液浓度的控制

       FCB-007整理剂要求在布面的含量达到3%(o.w.f)以上才能达到耐久的防水防油和耐静水压效果。在浸轧工艺中的处方为:

       FCG-012抗菌剂         40g/L

       FCB-007防水防油剂   40~50g/L

       FCZ-011拒水增效剂   40g/L

       另外,该整理剂对织物的手感影响很小,可以不用另外添加其他柔软剂。

       2.7 预缩

       预缩的目的是控制织物的缩水率并进一步提高织物的柔软度。其关键是要检测预缩前的缩水率,特别是经向,以确定机缩值。

       2.8 焙烘

       织物均匀浸轧FCB-007整理液烘干后,尚需通过热处理——焙烘才能获得耐久的效果。焙烘可采用如下两种工艺:160℃×3min或170℃×30~40sec。

       焙烘不充分会降低防水防油的持久性,其原因有:

       一是反应性官能团的键合不充分;

       二是FCB-007高分子的热运动受到影响而未能在织物表面充分扩散,与织物结构之间不能充分交联,以致在纤维表面附着不牢;

       三是未能使功能基团密集定向排列。

       同时也要注意,焙烘温度不要超过FCB-007整理剂的熔融温度,以免引起热分解[3]

3.成品检测结果

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4.小结

       本实用新工艺所采取的技术方案是:

       第一,利用ZJ-CH41精练酶高效、专一、处理条件温和的特点,在合适的条件下乳化、降解棉纤维上的部分杂物及共生物,或破坏杂质及共生物在棉纤维上的完整结构,为后道工序中化学药剂的作用提供更多的空间;

       第二,利用双氧水和辅助化学药剂在合适的条件下进一步去除棉纤维上残余的杂质及共生物;

       第三,优选耐氯漂色牢度优异的还原染料或活性染料对织物进行染色;

       第四,优选耐静水压、防水防油和抗菌防病毒效果很好的相关助剂。

       本实用新工艺具有以下优点:

       一、工艺流程短,辅助药剂的种类和用量少,操作方便;

       二、大大降低了烧碱的使用量,减轻了印染加工中的“三高”问题(能耗高、水耗高、废水中的COD、BOD值高);

       三、缩短高温处理时间,纤维强度损伤小,麻皮去除净,白度高,毛效好;

       四、解决了无纺布类医用防护服透气性差,在穿着过程中容易发闷出汗而给身体带来的不适感;

       五、解决了无纺布类医用防护服柔软度较差的问题;

       六、无纺布多半属于一次性使用,采用纯棉类抗菌防病毒耐静水压面料可以重复使用,并且耐氯漂,不会对资源造成浪费和加重环境污染。

       通过合理的设计织物的组织规格、优化加工工艺和处方,可以生产出抗菌防病毒、防水防油、耐静水压耐氯漂的纯棉类医用防护服。该类医用防护服弥补了以无纺布做材质的诸多缺点,如透气性、柔软性和耐久性等问题,值得进一步推广使用。

 

作者简介:

       刘瑞宁,轻化工程专业,中级工程师,研究方向为低温短流程前处理和功能性后整理,现就职于河北宁纺集团新产品开发部,负责染料和助剂的筛选、应用等工作。

       电  话:18632924943

       邮  箱:Liuruining051209@163.com