涤纶织物无氟溶胶_凝胶法拒水整理(1)

涤纶织物无氟溶胶2凝胶法拒水整理高琴文,刘元美,朱　泉,郭玉良(东华大学生态纺织教育部重点实验室,上海201620)摘　要:通过溶胶2凝胶法对涤纶织物进行拒水整理,采用先浸轧二氧化硅溶胶、再浸渍烷烃硅氧烷的方式赋予织物拒水性能。

考察了二氧化硅溶胶粒径、烷烃硅氧烷结构和浓度及皂洗次数对接触角的影响,并利用扫描电子显微镜,对二氧化硅溶胶整理前后涤纶织物的表面形态进行比较。

性能测试表明整理前后涤纶织物的物理机械性能变化较小。

关键词:涤纶;溶胶2凝胶法;无氟;拒水;整理中图分类号:TS195157　O648116 文献标识码:A 文章编号:1673-0356(2008)05-0001-03收稿日期:2008207231;修回日期:2008209225基金项目:长江学者与创新团队发展计划资助项目(No.IR T0526)作者简介:高琴文(19842),女,江西井冈山人,在读硕士研究生,主要从事纺织品功能后整理助剂的研究与开发。

随着社会的发展和科技的进步,人们对纺织品提出了舒适性、功能性等更高的要求。

拒水纺织品即是纺织产品不断向高性能、多功能方向发展的功能织物之一。

织物拒水整理的历史悠久,已研究或使用过的拒水剂种类繁多,目前常用的拒水剂主要是有机硅和含氟化合物。

其中含氟拒水剂既具有拒水性,又具有拒油性,添加少量即可获得显著的拒水效果,且不损害纤维原有的风格,因而得到了迅速普及和推广,成为拒水剂的主流[1]。

然而含氟类化合物价格昂贵且存在环境影响问题[2～3]。

因此,采用新型的无氟整理技术已成为当今拒水整理的研究热点之一。

将溶胶2凝胶技术应用于纺织品拒水整理是当前国内外研究的热点[4～6],但应用于涤纶织物拒水整理的报道不多。

本文,氨水作为催化剂制备了二氧化硅溶胶,并将其整理到涤纶机织物上,然后将水解后的长链烷烃硅氧烷通过自组装方式赋予织物拒水性能。

1　试验111　材料与试剂材料:涤纶机织布(646/478根/10cm )试剂:正硅酸四乙酯、冰醋酸、氨水、无水乙醇(均为分析纯);辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷(均为工业品)。

112　仪器与设备Nano 2ZS 型纳米粒度与电位分析仪(英国马尔文仪器公司)、OCA 40型视频接触角测量仪(德国Dataphysics 公司)、J SM 25600L V 型扫描电子显微镜(日本电子株式会社)、Roaches Washwheel 皂洗牢度试验仪(Roaches Engineering L TD.)、H10K 2S 型双臂万能材料试验机(美国Tinius Olsen 公司)、WSB 2Ⅱ型白度计(温州仪器仪表有限公司)、YG 461E 型电脑式透气性测试仪(宁波纺织仪器厂)。

113　二氧化硅溶胶的制备及其对织物的整理向圆底烧瓶中加入乙醇、氨水,一定温度下搅拌30min 。

然后滴加一定量的正硅酸四乙酯,搅拌90min 。

取出陈化60min 后,测试粒径,并对织物进行整理。

织物整理工艺:一浸一轧(带液率70%～80%)→80℃烘3min114　烷烃硅氧烷的水解及自组装过程将不同碳长的烷烃硅氧烷加入一定量的乙醇中,再加入适量的冰醋酸和去离子水,在室温下搅拌60min 。

将经二氧化硅溶胶整理后的布样浸入该水解液中60min ,取出室温晾干后,放入预热至120℃的烘箱中烘60min 。

115　测试方法(1)接触角测试:使用OCA 40型视频接触角测量仪进行接触角测试,水量为6μl ,当水滴与织物接触60s 后读数。

在同一样品的不同位置测量5次,取平均值。

(2)耐洗性能测试:按AA TCC 测试方法61-2003《洗涤不褪色,家用和商用:加速》测试。

(3)织物断裂强力测试:根据G B/T3932-1997《纺织品织物拉伸性能第1部分:断裂强力和断裂伸长的测定———条样法》测试。

(4)白度:将试样叠成8层,在WSB 2Ⅱ白度计上按G B8425-1987标准方法进行测试。

(5)透气性:根据G B/T5453-1997《纺织品织物透气性的测试》标准测试。

2　结果与讨论211　氨水用量对二氧化硅溶胶粒径的影响表1　氨水用量对二氧化硅溶胶粒径的影响样品N H 3・H 2O/ml平均粒径/nm多分散系数Sol13103013701226Sol 24103318001241Sol 34154610601356Sol 45105213301135Sol56107114801159图1　粒径分布图采用氨水作为催化剂制备二氧化硅溶胶,固定正硅酸四乙・1・ 2008年第5期 纺织科技进展酯(TEOS)用量6ml和乙醇用量100ml,考察氨水用量对二氧化硅溶胶粒径的影响,结果见表1和图1。

由表1和图1可以看出,随着氨水用量的增加,二氧化硅溶胶的平均粒径逐渐增大,这是因为氨水浓度的增加会加速正硅酸四乙酯水解及缩合。

因而,通过改变氨水的用量可以方便快捷地控制二氧化硅溶胶的粒径。

212　二氧化硅溶胶粒径对接触角的影响分别将经二氧化硅溶胶Sol1～Sol5整理的织物(试样1～试样5)和空白涤纶织物(试样6)浸渍在2%的辛基三甲氧基硅烷的水解液中,通过自组装方式[7～9]赋予织物拒水效果,其接触角变化见表2。

表2　二氧化硅溶胶粒径对接触角的影响试样接触角/(°)试样113413试样213314试样313617试样413716试样513414试样612710 实验发现,未经任何整理的空白涤纶试样不具有拒水性能,测试条件下接触角为0°;仅经二氧化硅溶胶整理后的布样,由于二氧化硅粒子表面存在孤立、连生和双生等不同状态的亲水性羟基,接触角也为0°;仅浸渍水解液的涤纶织物(试样6)与水的接触角可达到12710°;而先经二氧化硅溶胶整理然后再浸渍水解液的涤纶布样(试样15),接触角均有提高,可达133°以上。

这是因为经过二氧化硅溶胶整理后,涤纶织物表面的粗糙度得到了提高,再经自组装后使拒水效果提升。

该结论同Wenzel[10],Cassie和Baxter[11]等人建立的疏水表面粗糙度和接触角之间的关系相一致。

从表2中还可以看出,试样1～试样5与水的接触角在13314°至13716°之间,可见粒径分布在30～70 nm的二氧化硅溶胶对整理后织物的接触角影响不大。

由于Sol 4的多分散系数较小,且经其整理的织物接触角相对大些,故后续涤纶织物拒水整理研究选用Sol4。

213　烷烃硅氧烷结构对接触角的影响分别采用辛基三甲氧基硅烷(C8)、十二烷基三甲氧基硅烷(C12)以及十六烷基三甲氧基硅烷(C16)等不同碳链长度的硅氧烷,作为低表面张力物质来赋予涤纶织物拒水性能。

分别将未经整理和经Sol4整理的涤纶织物浸渍在2%的不同结构硅氧烷水解液中,其接触角变化见图2。

从图2可以看出,在浸渍不同碳链长度硅氧烷后,经过Sol 4整理的涤纶织物的接触角均比未经Sol4整理的涤纶织物大;且随着烷烃硅氧烷碳链长度的增加,涤纶织物与水的接触角增大,拒水效果增加。

这是因为烷烃碳链长度越长越容易屏蔽亲水性基团,表现出较好的疏水性能[12]。

214　烷烃硅氧烷浓度对接触角的影响长链烷烃硅氧烷水解液的浓度会直接影响涤纶织物的拒水效果,将经Sol4整理后的涤纶织物浸渍在不同浓度的硅氧烷水解液中,测试其对接触角的影响,结果如图3、图4所示。

图3表明,尽管使用的硅氧烷碳链长度不一样,但织物的接触角变化趋势相似。

当硅氧烷浓度为015%时,涤纶织物即具有一定的拒水效果。

之后随着浓度的增加,接触角变化较为缓和。

当浓度达到3%～4%时,接触角变化不明显,拒水效果趋于稳定。

此外,由图4可见,当C16水解液的浓度为3%时,涤纶织物与水的接触角为143°,达到较好的拒水效果。

215　涤纶织物表面形态变化为了研究整理前后涤纶织物表面形态的变化,通过扫描电子显微镜观察其形貌,见图5。

其中a为未经任何整理涤纶织物的纤维表面,b为经过Sol4整理的涤纶表面,c为经Sol4整理,再经3%C16水解液浸渍的涤纶表面。

图5　整理前后涤纶织物的扫描电子显微镜图片从图5中可以明显地看出,整理前的涤纶纤维表面较为光滑,经Sol4整理后纤维表面变得粗糙,出现颗粒状的二氧化硅・2・纺织科技进展 2008年第5期 粒子。

正是因为经溶胶整理的布样其纤维表面的粗糙度得到了提高,从而在经过自组装之后提高了拒水效果。

图5c 表明,浸渍3%C16水解液后的纤维表面形态变化不大,仍可以清楚地看到二氧化硅粒子。

216　皂洗次数对接触角的影响用经Sol 4整理,再浸渍3%C16水解液的涤纶织物做为皂洗布样,测试皂洗后布样的接触角。

皂洗次数与接触角变化关系如图6所示。

图6　皂洗次数与接触角变化关系图6表明,随着皂洗次数的增加,接触角逐渐减小。

在最初10次皂洗过程中,接触角下降明显。

这是因为经Sol 4整理的涤纶织物表面有很多二氧化硅颗粒是通过物理吸附而附着的,经洗涤后这些粒子会逐渐脱落,其上的自组装长链烷烃硅烷也随之脱落,因而接触角会出现明显的下降。

随着皂洗次数的进一步增加,接触角降低趋势趋于平缓,当完成30次皂洗后,织物与水的接触角为110°,仍表现出一定的拒水效果。

217　织物物理性能变化用经Sol 4整理,再浸渍3%C16水解液的涤纶织物作为测试布样,对比整理前后织物的物理机械性能,结果见表3。

表3　涤纶织物整理前后物理机械性能的变化测试项目空白涤纶织物整理后涤纶织物断裂强力/N 经向6721065817纬向4581844017白度87118514透气性/mm ・s -15410551180 从表3可以看出,整理后涤纶织物的经纬向强力略有下降,但变化不大。

整理前后涤纶织物的白度、透气性基本不变。

由此可见,经过上述整理不会影响涤纶织物的原有服用性能。

3　结论(1)利用正硅酸四乙酯及长链烷烃硅氧烷,通过溶胶2凝胶法及自组装方式成功赋予涤纶织物一定的拒水性能。

(2)以不同碳链长度的硅氧烷对经溶胶整理后的涤纶织物进行整理,均能提高其拒水性能。

随着碳链长度的增加,接触角增大;随着水解硅氧烷浓度的增加,拒水性能也得到提高。

(3)整理后的涤纶织物经30次皂洗后,与水的接触角为110°,仍保持了一定拒水性能。

物理性能测试表明,整理前后涤纶织物的物理机械性能变化较小。

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