魏 春 艷, 崔 永 珠, 吳 崢, 劉 學 濤

( 大連工業(yè)大學 紡織與材料工程學院, 遼寧 大連 116034 )

0 引 言

服用織物正向經濟性、舒適性和功能性發(fā)展,吸濕排汗性是衣著用織物舒適性的一項重要影響因素。因為吸濕排汗性好的織物可調節(jié)貼身衣物與皮膚表面間的水分及濕度,減輕衣物和皮膚接觸時的壓力以及冷濕感,使皮膚舒適。

纖維的吸濕排汗性能取決于其化學組成和物理結構形態(tài)。吸濕性主要與纖維大分子的化學組成有關,排汗性(毛細效應的導濕和織物放濕——表面擴散和蒸發(fā))則與纖維的物理結構形態(tài)有關[1-2]。由于化學纖維的疏水性,其織物吸濕性小、透氣性差,汗?jié)n不能及時有效地排出,影響織物穿著的舒適性。所以提高化學纖維織物的吸濕排汗性是近幾年重點研究的課題。提高化纖織物的吸濕排汗性有三種途徑:一是改變纖維截面結構,利用纖維表面微細溝槽所產生的毛細現象使汗水經芯吸、傳輸、擴散、揮發(fā),如美國杜邦、韓國和日本帝人、日本的旭化成和富士紡織等公司以及中國臺灣的一些化纖廠商開發(fā)了多種異形的吸濕排汗化學纖維新品[3-4]；二是通過聚合或共聚在大分子的基本結構中引進大量親水性基團；三是疏水的合成纖維表面親水處理,即在纖維表面附加親水性整理劑。這些方法均可以提高織物的穿著舒適性。本文要討論的是生產工藝最簡單的親水整理,即采用不同整理劑對滌綸織物進行整理,并對整理效果進行對比。

1 試 驗

1.1 原料藥品與儀器

材料:滌綸織物(18 tex),采購于大連機車商廈。

藥品:吸濕排汗整理劑TF-620和NH-D20,由廣東佛山南海南暉實業(yè)有限公司提供；吸濕速干整理劑HMW8871,由香港赫特國際集團有限公司提供；Ultraphil PA 吸濕排汗整理劑和KMnO4,市售。

主要儀器:SD-400立式小軋車,J&X鶴山市宏發(fā)染整機械公司；PL2002分析天平,精度0.001 g,上海恒剛衡器儀器有限公司；LCK-800型紡織品毛細效應測試儀,山東紡織研究院測控設備開發(fā)中心；702-3型電熱恒溫烘箱,大連實驗設備廠；織物表面比電阻測試儀M260360,蘭州中西儀器有限公司；水浴鍋；滴定管及裝置。

1.2 方案設計與測試方法

采用TF-620、HMW8871、Uhtraphil PA、NH-D20 4種吸濕排汗整理劑,在不同整理劑用量、不同整理溫度和不同烘焙時間條件下,對滌綸織物進行整理,測試整理后織物與未整理織物的吸濕排汗性能并對比,得出4種整理劑中提高滌綸織物吸濕排汗性的最佳整理劑以及整理最佳工藝。

1.2.1 實驗方案與工藝流程

4種整理液均采用“一浸一軋整理,烘干,高溫烘焙拉幅”的工藝。

(1)浸漬:將織物在溫度為80 ℃的一定濃度的整理液中充分浸泡一定時間后,取出并稍微擰干。

(2)軋干:將浸泡過的織物用軋干機進行軋壓,軋干標準為:織物含濕(即帶液率)70%～80%。

(3)烘干:將軋干后的織物在80 ℃溫度下的烘箱中烘燥2 min。

(4)烘焙:將烘干后的織物在不同的溫度和時間條件下烘焙并定型。

1.2.2 測試條件與方法

1.2.2.1 測試條件

(1)試驗在溫度為(20±2) ℃、相對濕度為(65±2)%的標準大氣條件下進行。將試樣在該環(huán)境下放置24 h后進行試驗。

(2)芯吸高度測量容器中的水溫為(20±2) ℃。

1.2.2.2 吸濕性測試

織物的吸濕性可由吸水速度和吸水率來表示。吸水速度的測試方法有滴水法、吸升法和沉降法。本試驗采用吸升法(毛細效應)測其吸水的上升距離。吸濕性測試采用日本JIS 1907-02標準Byreck檢測法。從織物的縱向和橫向分別選取5個大小均為30 cm×2.5 cm的試樣,并將其垂直倒掛浸入到KMnO4溶液中,10 min后,測量液體沿各織物上升的高度,取平均值[5]。

1.2.2.3 排汗性測試

織物的排汗性可用透濕性或快干性衡量。本實驗用快干性來表示,采用中國臺灣紡拓會標準TTF0007《吸濕速干紡織服飾品》的測試方法。將8.5 cm×8.5 cm試樣匝緊于直徑為6 cm培養(yǎng)皿口,放置在溫度(20±1) ℃、相對濕度(65±2)%的環(huán)境下平衡24 h,然后放在電子天平上。將水從距試樣表面1 cm處的滴定管口滴下0.05 mL 至試樣表面。測試12 min后其水分蒸發(fā)率[6]。

1.2.2.4 抗靜電測試

根據標準GB/T 22042—2008使用織物表面比電阻測試儀M260360,在環(huán)境相對濕度(25±5)%,溫度(23±1) ℃條件下來測定織物的表面電阻。每種布樣裁5塊,放在絕緣底盤上,將電極裝置放在試樣上,測出的電阻值求平均值。

1.2.2.5 耐洗性測試

參照JIS 0217-103《家用電氣洗滌方法》標準測試。將含有2 g/L洗衣粉的洗液和測試織物放入洗衣機中(浴比1∶30,水溫40 ℃)洗滌5 min后脫水,再用冷水洗滌2 min,脫水烘干,多次洗滌時重復上述過程[7]。

2 結果與討論

選擇整理劑用量A(g/L)、烘焙溫度B(℃)、烘焙時間C(min)三項整理參數作為因素(見表1),利用L16(43)正交試驗表對滌綸織物進行整理,并進行吸濕、快干、抗靜電性及水洗耐久性測試,采用極差分析法找出影響織物吸濕排汗的主要因素,以及整理最佳工藝。

表1 整理工藝L16(43)正交試驗表

2.1 經吸濕排汗整理劑TF-620整理織物的測定

用整理劑TF-620按工藝對滌綸織物進行整理,經吸濕快干測試,結果見表2。

表2 經整理劑TF-620整理后滌綸織物的吸濕速干性能

Tab.2 Polyester fabrics′ property of moisture absorbency and sweat transport after finished by TF-620

毛細高度/cm水分蒸發(fā)率/%ABCABC01.710.1K18.211.211.390.596.997.0K210.911.211.397.697.097.0K312.811.311.498.997.197.1K413.711.511.499.797.497.2R5.50.30.19.20.50.2

從表2可以看出,經吸濕排汗整理劑TF-620整理后,滌綸織物的毛細高度從1.7 cm提高到13.7 cm；水分蒸發(fā)率從10.1%提高到99.7%,說明經TF-620整理后的滌綸織物大大提高了吸濕排汗性。TF-620能很好提高滌綸織物吸濕排汗性是因為其分子鏈一端是疏水芳環(huán)鏈段,另一端是親水聚醚鍵,其疏水芳環(huán)鏈與滌綸分子結構非常相似,在高溫狀態(tài)下,TF-620的疏水鏈段與受熱伸展滌綸的芳環(huán)相容,溫度降低后,滌綸的芳環(huán)收縮使TF-620與織物鏈接更緊密。整理后TF-620的親水聚醚鍵在纖維外,實現吸濕作用,大大提高了滌綸織物的吸濕排汗效果。

表2中R值顯示,A>B>C,影響織物吸濕排汗性最大因素是整理劑的用量,其次是烘焙溫度,烘焙時間影響極小。表2中K值顯示,隨著整理劑TF-620的用量的增加和烘焙溫度的提高,滌綸織物的吸濕排汗性能提高。滌綸織物的毛細高度和水分蒸發(fā)率均達到最大值時,TF-620用量為60 g/L,烘焙溫度為200 ℃,烘焙時間2 min,但因烘焙時間影響極小,考慮到整理效率,烘焙時間定為0.5 min即可。

所以最佳工藝確定為:TF-620用量為60 g/L,烘焙溫度為200 ℃,烘焙時間為0.5 min。

2.2 經吸濕排汗整理劑HMW8871整理織物的測定

用整理劑HMW8871按工藝對滌綸織物進行整理,經吸濕快干測試,結果見表3。

表3 經整理劑HMW8871整理后滌綸織物的吸濕速干性能

Tab.3 Polyester fabrics′ property of moisture absorbency and sweat transport after finished by HMW8871

毛細高度/cm水分蒸發(fā)率/%ABCABC01.710.1K17.47.67.773.178.478.5K27.87.97.775.978.678.5K37.98.07.979.678.778.6K48.58.17.985.078.878.7R1.10.50.17.50.40.2

從表3可以看出,經吸濕排汗整理劑HMW8871整理后,滌綸織物的毛細高度從1.7 cm 提高到8.5 cm；水分蒸發(fā)率從10.1%提高到85%,說明滌綸織物吸濕排汗效果較好。這是因為有機硅三元共聚物HMW8871含有環(huán)氧基團和聚醚基團。而聚醚基團為親水基團,能提高滌綸織物的親水性。

表3中R值顯示,A>B>C, 說明影響織物吸濕排汗性的最大因素是整理劑用量,其次是烘焙溫度,焙烘時間影響極小。

表3中K值顯示,隨著整理劑HMW8871用量的增加,滌棉織物的吸濕排汗性能提高。經HMW8871整理后,滌綸織物的毛細高度和水分蒸發(fā)率達到最大值時,HMW8871用量超過60 g/L,烘焙溫度為200 ℃,焙烘時間為2 min,但因烘焙時間影響極小,考慮到整理效率,焙烘時間定為0.5 min即可。

最佳工藝確定為:HMW8871用量為60 g/L,焙烘溫度為200 ℃,焙烘時間為0.5 min。

2.3 經Uhtraphil PA 吸濕排汗整理劑整理織物的測定

用整理劑Uhtraphil PA按工藝對滌綸織物進行整理,經吸濕快干測試,結果見表4。

表4 經整理劑Uhtraphil PA整理后滌綸織物的吸濕速干性能

Tab.4 Polyester fabrics′ property of moisture absorbency and sweat transport after finished by Uhtraphil PA

毛細高度/cm水分蒸發(fā)率/%ABCABC01.710.1K17.57.87.980.585.185.2K27.98.07.983.585.385.2K38.08.08.086.985.285.3K48.58.18.089.985.485.3R1.00.30.19.40.30.1

從表4可以看出,經Uhtraphil PA吸濕排汗整理劑整理后,滌綸織物樣品的毛細高度從1.7 cm 上升到8.5 cm；水分蒸發(fā)率從10.1%上升到89.9%,滌綸織物的吸濕速干效果較好。這是因為Uhtraphil PA吸濕排汗整理劑是以甲基丙烯酸為主組分的聚合物,甲基丙烯酸是較強的親水基團,從而提高了滌綸織物的吸濕速干效果。表4中R值顯示,A>B>C,說明影響織物吸濕排汗性最大的因素是整理劑的用量,其次是烘焙溫度,烘焙時間影響極小。表4中K值顯示,隨著Uhtraphil PA吸濕排汗整理劑的用量的增加和烘焙溫度的提高,滌綸織物的吸濕排汗性能提高。經Uhtraphil PA整理后,滌綸織物的毛細高度和水分蒸發(fā)率均達到最大值時,整理劑用量為60 g/L,烘焙溫度為200 ℃,焙烘時間2 min,但因烘焙時間影響極小,考慮到整理效率,烘焙時間定為0.5 min即可。

所以最佳工藝確定為:Uhtraphil PA用量為60 g/L,焙烘溫度為200 ℃,烘焙時間為0.5 min。

2.4 經吸濕排汗整理劑 NH-D20整理織物的測定

用整理劑 NH-D20按工藝對滌綸織物進行整理,經吸濕快干測試,結果見表5。

表5 經吸濕排汗整理劑 NH-D20整理后滌綸織物的吸濕速干性能

Tab.5 Polyester fabrics′ property of moisture absorbency and sweat transport after finished by NH-D20

毛細高度/cm水分蒸發(fā)率/%ABCABC01.710.1K17.38.28.380.484.584.6K28.28.48.383.684.684.7K38.88.48.485.984.884.8K49.08.68.490.984.984.8R1.70.40.18.50.40.2

從表5可以看出,經吸濕排汗整理劑 NH-D20整理后,滌綸織物樣品的毛細高度從1.7 cm提高為9.0 cm；水分蒸發(fā)率從10.1%提高為90.9%,滌綸織物的吸濕速干性能有較大程度的提升。這是因為吸濕排汗整理劑 NH-D20是以酰胺基為主組分的聚合物,酰胺基有較好吸濕性。

表5中R值顯示,A>B>C,說明影響織物吸濕排汗性的最大因素是整理劑的用量,其次是烘焙溫度,而烘焙時間影響極小。

表5中K值顯示,隨著NH-D20用量的增加和烘焙溫度的升高,滌綸織物的毛細高度和水分蒸發(fā)率均提高。經NH-D20整理滌綸織物的毛細高度和水分蒸發(fā)率均達到最大值時,整理劑用量為60 g/L,烘焙溫度為200 ℃,烘焙時間2 min,但因烘焙時間影響極小,考慮到整理效率,烘焙時間定為0.5 min即可。

所以最佳工藝確定為:NH-D20用量為60 g/L,烘焙溫度為200 ℃,烘焙時間為0.5 min。

2.5 抗靜電測試結果

試驗測得,未經吸濕排汗整理劑整理的滌綸織物的表面電阻為1.08×1013Ω,分別經過TF-620、HMW8871、Uhtraphil PA、NH-D20吸濕排汗整理后,滌綸織物的表面電阻分別降為1.31×107、2.97×107、3.16×107、2.02×107Ω,降低幅度很大。這是因為隨著織物吸濕性的增加,織物內的纖維周圍形成連續(xù)的水膜,為電荷提供轉移介質,促進離子向相反的電極移動,降低其本身的電阻率,使靜電累積減少。

2.6 耐久性能測試結果

試驗選用TF-620、HMW8871、Uhtraphil PA、NH-D20 4種吸濕排汗整理劑的整理參數均為60 g/L,用不同溫度處理滌綸織物0.5 min,測試其吸濕速干性能的耐久性,見表6～9。

表6 溫度對TF-620耐久性的影響

Tab.6 The influence of temperature on the durability of TF-620

θ/℃毛細高度/cm水分蒸發(fā)率/%0次水洗10次水洗0次水洗10次水洗17010.49.395.293.118011.710.697.396.219012.612.199.198.620013.713.399.999.8

表7 溫度對HMW8871耐久性的影響

Tab.7 The influence of temperature on the durability of HMW8871

θ/℃毛細高度/cm水分蒸發(fā)率/%0次水洗10次水洗0次水洗10次水洗1708.97.882.783.11809.48.584.385.419010.39.988.687.520011.411.289.489.2

表8 溫度對Ultraphil PA耐久性的影響

Tab.8 The influence of temperature on the durability of Ultraphil PA

θ/℃毛細高度/cm水分蒸發(fā)率/%0次水洗10次水洗0次水洗10次水洗1708.87.685.184.11809.18.387.686.519010.610.189.188.720011.611.389.889.6

表9 溫度對NH-D20耐久性的影響

Tab.9 The influence of temperature on the durability of NH-D20

θ/℃毛細高度/cm水分蒸發(fā)率/%0次水洗10次水洗0次水洗10次水洗1708.77.982.581.71809.59.085.184.519010.510.187.687.220011.811.688.388.1

由表6～9可見,烘焙溫度越高,織物的吸濕排汗效果越明顯。整理過的滌綸織物洗滌10次后,其吸濕排汗效果比未洗滌的織物略有降低,但隨著烘焙溫度的提高,降低幅度逐漸減小。說明烘焙溫度越高,其洗滌耐久性能越好。這是因為隨著溫度升高,整理劑可以與織物更好地結合,使其更牢固地吸附在纖維表面上,提高織物的吸濕排汗性能和整理劑的洗滌耐久性。

3 結 論

(1)幾種吸濕速干整理劑對滌綸織物吸濕速干整理效果:以水分散性聚酯為主組分的TF-620最佳,以酰胺基為主組分的NH-D20次佳,以甲基丙烯酸為主組分的Uhtraphil PA整理效果略低于NH-D20,以有機硅三元共聚物為主成分的HMW8871整理效果略低于Uhtraphil PA。

在整理劑用量為60 g/L,焙烘溫度2000C,焙烘時間0.5 min的條件下整理后,TF-620對滌綸織物整理后,毛細高度由1.7 cm上升到13.7 cm,水分蒸發(fā)率由10.3%上升到99.7%；NH-D20對滌綸織物整理后,毛細高度從1.7 cm上升到9.0 cm；水分蒸發(fā)率從10.3%上升到90.9%；Uhtraphil PA對滌綸織物整理后,毛細高度從1.7 cm上升到8.5 cm；水分蒸發(fā)率從10.3% 上升到89.9%；HMW8871對滌綸織物整理后,毛細高度從1.7 cm提高到8.5 cm；水分蒸發(fā)率從10.3%提高到85.0%,滌綸織物吸濕排汗效果均有較大提高。

(2)經4種整理劑分別整理后的滌綸織物表面電阻均由1013Ω下降到107Ω,顯著地改善了滌綸織物的吸水性、速干性、抗靜電性。10次水洗后吸濕排汗性能沒有變化。

(3)采用吸濕排汗整理劑TF-620整理滌綸織物是最佳整理劑。最佳整理工藝為:整理劑用量為60 g/L,焙烘溫度為200 ℃,焙烘時間為0.5 min。

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