李保梅，趙雅琴，王少鵬

( 河北科技大學(xué), 河北 石家莊 050018)

引 言

隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，人們對衣服的各種性能要求也越來越高，特別是對織物風(fēng)格及其服用性能的要求越來越高。滌綸纖維的一般性能如強(qiáng)力、耐磨性、回彈性和尺寸穩(wěn)定性均能較好滿足各種最終用途的需要，在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用日漸增多。但滌綸是一種典型的疏水性纖維,吸濕率只有4%,作為貼身服用材料，它的穿著舒適性很差，尤其當(dāng)人體出汗時(shí)，它排汗困難，給人悶熱不適的感覺。由于滌綸的吸濕性很差，給織造帶來一系列問題，如易積聚靜電、易吸灰塵、去除油污漬難等。織物的親水性與服用的舒適性密切相關(guān)，若改進(jìn)了滌綸的親水性，上述問題均可迎刃而解。為此，人們在改善滌綸親水性能方面做了大量的研究工作[1]。

本課題將合成一種親水整理劑對滌綸織物進(jìn)行整理,處理的實(shí)質(zhì)是要在滌綸織物的表面形成一層親水性化合物,達(dá)到提高織物表面親水性能的目的[2-3]。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)采用鄰苯二甲酸酐與聚乙二醇反應(yīng)生成酯，再對滌綸處理。鄰苯二甲酸酐分子式C8H4O3，分子質(zhì)量148.11。俗稱苯酐，結(jié)構(gòu)式如下：

苯酐是白色針狀晶體，熔點(diǎn)129～133 ℃，沸點(diǎn)284.5 ℃。密度1.527 g/cm3，易升華。稍溶于冷水，溶于熱水并水解成鄰苯二甲酸。溶于乙醇、苯和吡啶，微溶于乙醚。

苯酐具有一般有機(jī)酸酐的化學(xué)特性。如：與醇反應(yīng)脫水生成酯，與熱水和水蒸氣反應(yīng)生成酸或脫羧生成苯甲酸等。苯酐與聚乙二醇反應(yīng)生成酯，苯環(huán)與酯鍵在一定溫度下與滌綸纖維發(fā)生共結(jié)晶效應(yīng)而固著于纖維表面，親水鏈段向外排列在纖維的表面形成纖維的親水表層而使滌綸織物具有親水、抗靜電、易去污等性能,從而改善織物的服用性能[4-6]。

一般的滌綸纖維的玻璃化溫度Tg和結(jié)晶熔融溫度Tm分別為69 ℃和267 ℃，于是要使親水抗靜電劑共聚物和滌綸纖維發(fā)生共晶結(jié)合，處理溫度不能低于110 ℃，這就為親水抗靜電劑的整理工藝條件選擇提供了理論參考依據(jù)。親水抗靜電劑整理工藝的處理溫度應(yīng)接近于共聚物熔融溫度而不低于共聚物的玻璃化溫度。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

市售具有拒水性的純滌綸長絲機(jī)織物、苯酐(分析純、天津市永大化學(xué)試劑開發(fā)中心)、聚乙二醇600(天津市大茂化學(xué)試劑廠)、聚乙二醇1 000(天津市大茂化學(xué)試劑廠)、聚乙二醇1 500(分析純、天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所)。

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

SD-A立式電動小軋車(廣東省鶴山沙平宏發(fā)染整機(jī)械廠)、電熱鼓風(fēng)干燥箱(江蘇省東臺縣電器廠)、小樣定型烘干機(jī)(上海朗高紡織設(shè)備有限公司)、YG026A型電子織物強(qiáng)力機(jī)(常州市大華電子儀器有限公司)、YG(B)342D型織物感應(yīng)式靜電測試儀(溫州市大榮紡織儀器有限公司)。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 工藝流程

首先是苯酐和聚乙二醇反應(yīng)，制備滌綸親水整理劑，然后對滌綸織物進(jìn)行整理，經(jīng)過平行試驗(yàn)選出最優(yōu)工藝。

實(shí)驗(yàn)工藝流程：制備滌綸親水整理劑(攪拌、液封、150 ℃左右，4 h以上)→ 浸軋改性劑LS用量5%(owf)(二浸二軋，軋余率為100%)→ 烘干(80 ℃，5 min)→ 焙烘(200 ℃，1 min)→ 測試。

苯酐和聚乙二醇反應(yīng)中，苯酐的熔點(diǎn)在130 ℃左右，合成反應(yīng)溫度150 ℃左右。工作液配制時(shí)需將反應(yīng)生成的親水整理劑用60 ℃熱水溶解，據(jù)資料查得取親水整理劑配制成實(shí)驗(yàn)所需用量5%(owf)，充分?jǐn)嚢枋蛊渫耆芙猓琾H值4或5。對織物試樣親水整理不可在堿性條件下，織物也不可呈堿性，否則會破壞親水整理劑[7]。

1.4.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

在苯酐和聚乙二醇反應(yīng)的時(shí)候，在反應(yīng)1 h左右三口燒瓶壁上出現(xiàn)白色針狀結(jié)晶體，并且反應(yīng)液開始變黃，反應(yīng)結(jié)束后生成物呈淡黃色透明油狀液體。壁上的白色針狀結(jié)晶是苯酐。

1.5 測試方法[8]

潤濕時(shí)間測定: 將布平鋪繃緊在一個(gè)燒杯上,用膠頭滴管在距布面約0.5 cm處滴一滴水,開始記時(shí), 直到水滴在布面上擴(kuò)散至無鏡面反射時(shí)為止,該時(shí)間為水滴擴(kuò)散時(shí)間,以秒為單位。在布樣上依次做同樣的測試，觀察織物左中右整理效果是否一致。用取數(shù)據(jù)平均值來衡量織物親水性。一般來說，水珠滲入織物速度越快，整理后的織物吸水能力越強(qiáng)。

強(qiáng)力測定: 在YG026A型電子織物強(qiáng)力機(jī)上測定，每一試樣在不同部位測試3次, 取其算術(shù)平均值。

耐洗性測定: 控制浴比1∶30，水溫30 ℃，洗滌1 min，脫水烘干，上述操作為一次洗滌。洗滌5次，再測定試樣潤濕時(shí)間，相互比較。

抗靜電性測試: 在YG(B)342D型織物感應(yīng)式靜電測試儀上測試。

2 合成工藝優(yōu)選

2.1 合成反應(yīng)溫度對整理劑LS的影響

在三個(gè)不同溫度下分別用苯酐與聚乙二醇1 000按物質(zhì)的量比1∶1和1∶2的反應(yīng)得到親水整理劑，將得到的6種親水整理劑LS分別按用量5%(owf)，室溫下對滌綸織物兩浸兩軋，軋余率為100%，在烘箱于80 ℃烘5 min。測定潤濕時(shí)間，如表1。

表1 反應(yīng)溫度對整理劑效果的影響

注：苯酐與聚乙二醇1 000的量比為1∶1。

表2 反應(yīng)溫度對整理劑效果的影響

注：苯酐與聚乙二醇1 000的量比為1∶2。

實(shí)驗(yàn)測得未經(jīng)整理的織物潤濕時(shí)間在3 min以上，對比表1、表2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,經(jīng)整理的滌綸織物潤濕時(shí)間明顯縮短。

由表1、表2還可以看出，隨著合成時(shí)反應(yīng)溫度的提高，經(jīng)整理劑整理的滌綸織物的潤濕時(shí)間也增加，即親水效果下降。而且隨著合成溫度的提高，得到的整理劑色澤也隨之加深。由于聚乙二醇容易在高溫下產(chǎn)生熱氧化和熱降解反應(yīng)，影響產(chǎn)物的色澤及親水性能。因此隨著合成溫度的升高，聚乙二醇熱氧化和熱降解的程度加重，產(chǎn)物色澤加深。由于熱氧化和熱降解破壞了整理劑中聚乙二醇分子鏈的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響整理劑的親水性能。

綜上所述，在這幾個(gè)反應(yīng)中，苯酐與聚乙二醇1 000按物質(zhì)的量比1∶2合成時(shí)，最佳反應(yīng)溫度為155～165 ℃，此時(shí)整理劑的潤濕時(shí)間最短，親水效果最好，合成產(chǎn)物色澤也最淺，后整理時(shí)對織物的色光影響也最小。故本實(shí)驗(yàn)選用該溫度下合成的整理劑。

2.2 反應(yīng)時(shí)間對整理劑LS的影響

選用苯酐與聚乙二醇1 000的量比為1∶2，反應(yīng)溫度為155～165 ℃進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 反應(yīng)時(shí)間對整理劑效果的影響

由表3可以看出，反應(yīng)4 h合成的整理劑LS整理效果最好。如果反應(yīng)時(shí)間過短，會造成反應(yīng)不充分，整理劑LS整理效果下降。但是超過4 h，或者反應(yīng)時(shí)間過長，潤濕時(shí)間雖然變短，可變化不是很明顯，但可能引發(fā)副反應(yīng)，導(dǎo)致生成的產(chǎn)物色澤加深。由此可見，4 h內(nèi)苯酐與聚乙二醇已經(jīng)充分反應(yīng)，綜合考慮反應(yīng)時(shí)間選4 h。

2.3 單體配比對整理劑LS的影響

選用苯酐與聚乙二醇的量比1∶1，反應(yīng)溫度為145～155 ℃的合成產(chǎn)物與苯酐與聚乙二醇的量比1∶2，反應(yīng)溫度為155～165 ℃的合成產(chǎn)物進(jìn)行比較，反應(yīng)時(shí)間均為4 h。將合成的親水整理劑LS分別按用量5%(owf)，室溫下對滌綸織物兩浸兩軋, 軋余率為100%，在烘箱于80 ℃烘5 min。測定潤濕時(shí)間，結(jié)果如表4所示。

表4 單體配比對潤濕性的影響

由表4可知，洗之前，苯酐與聚乙二醇按物質(zhì)的量比為1∶2合成的親水整理劑效果好于按1∶1合成的，但是洗5次之后，按1∶2合成的親水整理劑效果比按1∶1合成的要差，即耐洗性差。主要是由于整理劑中的固著部分為苯環(huán)和酯鍵，按物質(zhì)的量1∶1合成的整理劑中含有一個(gè)苯環(huán)和一個(gè)酯鍵，按物質(zhì)的量1∶2合成的整理劑中含有一個(gè)苯環(huán)和兩個(gè)酯鍵。整理劑中親水部分為聚乙二醇分子鏈，聚乙二醇分子鏈含的氧原子越多，親水性越好，但是耐洗性能會越差。

綜上所述，苯酐與聚乙二醇按物質(zhì)的量1∶1合成得到的整理劑，比按1∶2合成的整理劑處理的織物耐洗性能好，適用性更強(qiáng)，所以苯酐與聚乙二醇的物質(zhì)的量比取1∶1為宜。

2.4 聚乙二醇聚合度對整理劑LS的影響

將在最佳合成溫度下反應(yīng)得到的整理劑分別配制成1%(owf)、3%(owf)、5%(owf)、7%(owf)的工作液，室溫下滌綸織物兩浸兩軋，軋余率為100%，在烘箱于80 ℃烘5 min。測定潤濕時(shí)間。

圖1 聚乙二醇聚合度對親水效果的影響

由圖1可以看出，在苯酐與聚乙二醇的量比相同的情況下，經(jīng)整理后的滌綸織物潤濕時(shí)間隨著聚乙二醇聚合度的增加而減少，即親水性能提高。合成產(chǎn)物中起親水作用的為聚乙二醇分子鏈，聚乙二醇分子鏈中含有大量氧原子，這些氧原子可以與水分子中的氫原子形成氫鍵，起到親水作用。聚合度為1 500的聚乙二醇分子含的氧原子最多，親水性能也就最好。聚合度為600的聚乙二醇分子含的氧原子最少，親水性能也就最差。

因此，取聚合度為1 500的聚乙二醇合成滌綸親水整理劑LS。

3 親水整理工藝優(yōu)選

3.1 整理劑LS用量對親水性能的影響

將在最佳合成溫度下反應(yīng)得到的整理劑LS分別配制成1%(owf)、3%(owf)、5%(owf)、7%(owf)的工作液，室溫下滌綸織物兩浸兩軋，軋余率為100%，在烘箱于80 ℃烘5 min。測定潤濕時(shí)間。

圖2 工作液用量對織物潤濕時(shí)間的影響

由圖2可以看出，整理劑的潤濕時(shí)間隨著工作液用量的增加而減小，即親水性能隨整理劑用量的增加而變得更好。因?yàn)橛H水性整理劑是吸附固著在纖維表面，隨著整理劑用量的增加，在相同的軋液率下，織物上所帶的整理劑增多，使親水整理劑能均勻而充分地附著在滌綸表面,使織物的表面形成一層嚴(yán)密的親水薄膜,達(dá)到提高織物表面親水性的目的。如果整理劑用量少，則不能充分地覆蓋織物，整理效果不好；但用量過多，從圖中可以看出，對潤濕效果影響不大，會造成不必要的浪費(fèi)?？梢?，當(dāng)整理劑用量為5%(owf)時(shí)，織物表面完全被整理劑附著，此時(shí)織物的潤濕性和耐洗性最佳，所以整理劑最佳用量選5%(owf)。

3.2 焙烘溫度和時(shí)間對耐洗性的影響

將苯酐與聚乙二醇1 500按物質(zhì)的量1∶1的比例，在最佳溫度下合成的產(chǎn)物配制成5%(owf)的工作液。采用兩浸兩軋，軋余率為100%，在烘箱于80 ℃烘5 min，再在不同溫度和時(shí)間下進(jìn)行焙烘，測定潤濕時(shí)間，進(jìn)行比較。水洗5次，測定每次的潤濕時(shí)間。

表5 焙烘溫度和時(shí)間對整理劑LS耐洗性的影響

圖3 焙烘溫度和時(shí)間對織物耐洗性的影響

由表5和圖3可以看出，焙烘溫度為200 ℃，焙烘時(shí)間為90 s時(shí)，織物的耐洗性能最好。在160～200 ℃的范圍內(nèi)，隨著焙烘溫度和焙烘時(shí)間的增加，織物洗后的潤濕時(shí)間逐漸減少，即耐洗性增加。在此溫度范圍內(nèi)，焙烘溫度和焙烘時(shí)間的增加，有助于整理劑中固著部分與滌綸織物的結(jié)合，即苯環(huán)和酯鍵與滌綸纖維共晶結(jié)合，所以耐洗性增強(qiáng)。焙烘溫度為220 ℃時(shí)，潤濕時(shí)間有所增加，親水性能下降。過高的焙烘溫度使整理劑中聚乙二醇分子鏈發(fā)生熱氧化和熱降解反應(yīng)，導(dǎo)致親水性能的下降。

綜上所述，整理劑處理的織物的最佳工藝條件為焙烘溫度200 ℃，焙烘時(shí)間90 s。

4 整理后織物的性能

使用最佳合成產(chǎn)物在最佳后整理?xiàng)l件下處理滌綸織物。檢測織物的強(qiáng)力、色光和抗靜電性能的變化，見表6。

表6 織物性能對比

由表6可以看出，經(jīng)整理后的滌綸織物獲得了良好的抗靜電性能，靜電電壓的半衰期顯著減小。這是由于親水整理劑均勻附著在滌綸表面,使織物的表面形成一層親水性化合物, 親水薄膜有一定的導(dǎo)電性, 因此提高了織物的抗靜電性。K/S值變小，說明整理后的織物的色澤較原布樣淺，織物經(jīng)高溫焙烘時(shí)，部分分散染料從纖維中升華，致使K/S值變小。由于滌綸的耐熱性能好，經(jīng)高溫焙烘后織物的強(qiáng)力基本沒有發(fā)生變化。

5 結(jié) 論

(1)用苯酐和聚乙二醇反應(yīng)合成滌綸親水整理劑，最佳工藝為：苯酐和聚乙二醇的量比為1∶1，置于三口燒瓶內(nèi)加液封、冷凝管，在145～155 ℃的溫度和攪拌下約反應(yīng)4 h合成，生成物為淡黃色透明油狀液體。

(2)用合成的親水整理劑對滌綸進(jìn)行整理，最佳工藝為：滌綸織物試樣浸軋改性劑LS用量5%(owf)(二浸二軋，軋余率為100%)、于80 ℃下烘5 min、再在200 ℃下焙烘90 s。在此工藝下整理的滌綸織物獲得較好的親水性，并具有一定的耐洗性。

(3)與未整理布樣比較，整理后的滌綸織物不僅具有良好的親水性，而且獲得了良好的抗靜電性能，半衰期顯著減小。K/S值略有降低，但織物的強(qiáng)力基本無發(fā)生變化。

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