季宋文 王革輝 馬 驥

調(diào)溫微膠囊整理織物工藝優(yōu)化研究

季宋文 王革輝 馬 驥

采用浸軋的方式，將含有固-液相變材料的調(diào)溫微膠囊和水性聚氨酯粘合劑的混合溶液處理到純棉織物上，使織物具備一定的調(diào)溫效果。通過單因素分析，得出粘合劑和水溶液的最優(yōu)配比；通過正交實(shí)驗(yàn)得出最優(yōu)浸軋工藝參數(shù)。結(jié)果表明：粘合劑濃度越大，織物增重越明顯；純棉織物經(jīng)過整理后透氣、透濕性能降低，抗彎剛度變大。在調(diào)溫整理液配方相同的條件下，軋余率越大，織物增重越明顯；當(dāng)軋余率為110%，烘焙溫度為120℃，烘焙時(shí)間為5min時(shí)，經(jīng)調(diào)溫整理的織物具有較好的耐水洗性能。

浸軋整理；調(diào)溫微膠囊；聚氨酯粘合劑

相變材料是一種利用相變潛熱來儲(chǔ)能和放能的化學(xué)材料[1-2]。20世紀(jì)80年代，將相變材料結(jié)合到紡織材料上的想法得到了最初的體現(xiàn)，之后隨著科學(xué)技術(shù)的提高，發(fā)展到現(xiàn)在主要以相變微膠囊的開發(fā)為主流，目前這種具有調(diào)溫功能的微膠囊被應(yīng)用于一系列調(diào)溫纖維以及多功能性調(diào)溫織物的開發(fā)上[3-5]。微膠囊中所包含的相變物質(zhì)能根據(jù)外界環(huán)境溫度的變化發(fā)生相態(tài)的可逆變化，既可以吸收熱量存儲(chǔ)于服裝內(nèi)部，也可以將服裝內(nèi)部的熱量放出，從而在服裝周圍形成溫度基本恒定的微氣候，實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)功能[6]。目前國內(nèi)對(duì)于調(diào)溫織物的熱性能測試方面的研究比較多，但對(duì)于調(diào)溫織物的制備工藝研究較少。本文通過單因素分析和正交實(shí)驗(yàn)法確定了調(diào)溫整理液中粘合劑和水溶液的最優(yōu)配比以及最優(yōu)浸軋工藝，可以對(duì)調(diào)溫織物的開發(fā)起到一定的指導(dǎo)作用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

實(shí)驗(yàn)材料：純棉平紋織物，克重124g/m2；調(diào)溫微膠囊（上海潤東無紡制品有限公司）；水性聚氨酯粘合劑（上海源禾化工有限公司，固含量50±1%）。

實(shí)驗(yàn)儀器：JB50-D型增力電動(dòng)攪拌機(jī)；小樣軋機(jī)；101A-1E電熱鼓風(fēng)干燥箱；TG 209 F1熱重分析儀；YG461E電腦式透氣性測試儀；M261透濕性能測試儀；YG（B）022D型自動(dòng)織物硬挺度試驗(yàn)儀。

1.2 粘合劑與水溶液的最優(yōu)配比

實(shí)驗(yàn)方法：確定粘合劑和水溶液的配比分別為20g/L、40g/L、60g/L、80g/L、100g/L，固定調(diào)溫微膠囊含量為10g左右。

浸軋工藝：控制浴比為1:10、浸軋方式為常溫條件下二浸二軋、烘干溫度80℃、軋余率80%、烘焙溫度120℃、烘焙時(shí)間5min。

1.3 最優(yōu)浸軋工藝參數(shù)的確定

在1.2節(jié)粘合劑和水溶液的最優(yōu)配比下，固定調(diào)溫微膠囊含量，浸軋方式為常溫條件下二浸二軋、烘干溫度80℃；控制軋余率（%）：A1=80，A2=90，A3=110；烘焙溫度（℃）：B1=100，B2=120，B3=140；烘焙時(shí)間（min）：C1=2，C2=5，C3=8。通過三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)，分析織物增重與軋余率的關(guān)系，探討洗滌失重與軋余率、烘焙溫度以及烘焙時(shí)間的關(guān)系，確定最優(yōu)的浸軋工藝參數(shù)。

1.4 織物性能表征

1.4.1 調(diào)溫微膠囊TG分析

稱量一定質(zhì)量的調(diào)溫微膠囊干粉，采用TG209F1熱重分析測試儀測試其耐熱性能，為烘焙溫度的確定提供一定的參考。實(shí)驗(yàn)條件：升溫范圍為常溫至700℃，升溫速率10℃/min。

1.4.2 織物增重

取未經(jīng)浸軋整理的織物（規(guī)格為Acm×Bcm）稱量，記為W1，將處理后的織物再次稱重，記為W2，按照式 (1)計(jì)算織物的增重W，g/m2。

1.4.3 織物的透氣性能

參照 GB/T 5453-1997《紡織品織物透氣性的測定》，實(shí)驗(yàn)面積采用20cm2，在不同部位測試10次，得出平均氣流量qv。按照式 (2)計(jì)算織物透氣率，mm/s。

式中：qv為平均氣流量，dm3/min(L/min)；A為試驗(yàn)面積，cm2；167為由dm3/min×cm2換算成mm/s的換算系數(shù)。

1.4.4 織物的透濕性能

參照GB/T 12704-1991《織物透濕量測定方法》，裁剪直徑8.8cm的試樣3塊，將實(shí)驗(yàn)用水和試樣放置于恒溫恒濕室（溫度20℃，濕度65%）平衡至少1h，向透濕杯內(nèi)注入46ml水。打開電源，使透濕杯轉(zhuǎn)動(dòng)1h，以達(dá)到平衡狀態(tài)。關(guān)閉電源，稱量透濕杯重量M1，并記錄下試驗(yàn)的開始時(shí)間。再次打開電源，使透濕杯轉(zhuǎn)動(dòng)5h，稱量透濕杯的重量M2，按照式 (3)計(jì)算透濕量WVP，g/m2·day。

式中：A=0.0054113，m2；t為兩次稱重間隔的時(shí)間，即5h。

1.4.5 硬挺度性能測試

按照ZB WO4003-87《織物硬挺度試驗(yàn)方法》，將試樣裁剪成25cm×200cm，經(jīng)緯向各5塊，選擇測量角度為45°進(jìn)行測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果用經(jīng)緯向平均抗彎剛度表示，mN·cm。

1.4.6 洗滌失重率

取經(jīng)浸軋整理的織物（規(guī)格為 Ccm×Dcm）稱量，記為 m1，將織物洗滌20次之后再次稱重，記為m2，按照式 (4)計(jì)算織物洗滌失重率P，%。

式中：W為織物經(jīng)浸軋整理后的增重，如1.4.2中(1式所示。

2 結(jié)果與討論

圖1 粘合劑濃度對(duì)織物增重的影響

2.1 粘合劑與水溶液的配比

2.1.1 粘合劑濃度對(duì)織物增重的影響

粘合劑濃度與織物增重的關(guān)系如圖1所示。

由圖1可以看出，在微膠囊添加量一定的條件下，經(jīng)過浸軋整理的織物增重與粘合劑濃度有關(guān)。當(dāng)粘合劑濃度為從20g/L增加到80g/L時(shí)，粘合劑濃度越大，織物增重越多；當(dāng)粘合劑濃度達(dá)到100g/L時(shí)，織物增重的變化不明顯，與80g/L時(shí)的增重接近?？椢镌鲋刂饕c溶液中固體含量的濃度有關(guān)，當(dāng)粘合劑濃度增大時(shí)，溶液中的固體含量也相應(yīng)增多，當(dāng)織物經(jīng)過烘焙處理后，固著在織物上的固體含量增多，織物增重明顯。而隨著粘合劑濃度的不斷增大，溶液的濃度逐漸趨于飽和，而溶液中加入的微膠囊粒徑較大，在1m至150m之間，在高飽和的溶液中不能完全分散，容易出現(xiàn)沉降，影響了浸軋后織物增重。

2.1.2 粘合劑濃度對(duì)織物透氣性能的影響

粘合劑濃度對(duì)織物透氣性能的影響如圖2所示。

由圖2可以看出，經(jīng)過浸軋整理的織物與原織物相比較，透氣率有明顯程度的降低。在調(diào)溫微膠囊添加量一定的條件下，織物透氣率隨粘合劑濃度的變化規(guī)律不是特別明顯?？椢锏耐笟庑灾饕c織物中的孔隙大小、多少及分布特征有關(guān)。當(dāng)織物經(jīng)過浸軋整理后，紗線與紗線之間的孔隙會(huì)被填充，織物表面也會(huì)形成一層聚合物膜。織物中貫通的孔隙越少，聚合物膜越厚，氣體受到的阻力越大，單位時(shí)間內(nèi)氣體透過織物的氣流量就越少。

2.1.3 粘合劑濃度對(duì)織物透濕性能的影響

粘合劑濃度對(duì)織物透濕性能的影響如圖3所示。

由圖3可以看出，在微膠囊添加量一定的條件下，隨著粘合劑濃度的增大，織物的透濕量呈下降趨勢，但整體變化不大。當(dāng)粘合劑濃度從20g/L上升到40g/L時(shí)透濕量變化不明顯，60g/L和80g/L時(shí)透濕量也較為接近。影響織物透濕性的主要因素是水汽透過織物的傳遞途徑，一是水汽透過織物中微孔擴(kuò)散；二是通過纖維與纖維之間的空隙擴(kuò)散；三是通過纖維自身吸濕，在織物水汽壓較低的一側(cè)逸出。當(dāng)織物經(jīng)過浸軋整理后，紗線之間及纖維之間的孔隙會(huì)被填充，織物表面也會(huì)形成一層聚合物薄膜?？椢镏胸炌ǖ目紫稖p少，水汽通過時(shí)受到的阻力較大，單位時(shí)間內(nèi)水汽透過織物的量就降低了。

2.1.4 粘合劑濃度對(duì)織物彎曲性能的影響

粘合劑濃度對(duì)織物彎曲剛度的影響如圖4所示。

由圖4可以看出，經(jīng)過浸軋整理的織物隨著粘合劑濃度的增大，經(jīng)緯向平均抗彎剛度逐漸增大。一般情況下，粘合劑濃度越大，處理后織物的增重就越大，經(jīng)過烘焙處理后的織物手感就越硬。

圖2 粘合劑濃度對(duì)織物透氣性能的影響

圖3 不同粘合劑用量對(duì)織物透濕性能的影響

圖4 不同粘合劑濃度對(duì)織物抗彎剛度的影響

綜合圖1至圖4可知，一方面，粘合劑濃度增大織物增重明顯，同時(shí)織物中粘合劑含量增多，有利于微膠囊與織物間固著力的增強(qiáng)；另一方面粘合劑濃度過大也會(huì)造成織物透氣、透濕性能下降，彎曲剛度變大，影響織物的手感。綜合考慮，將粘合劑與水溶液配比的濃度定為80g/L。

2.2 最優(yōu)浸軋工藝參數(shù)的確定

2.2.1 調(diào)溫微膠囊熱重分析

調(diào)溫微膠囊的熱重分析結(jié)果如圖5所示。

圖5 調(diào)溫微膠囊TG結(jié)果

由圖5可知，調(diào)溫微膠囊的質(zhì)量損失主要有4個(gè)階段的變化。第一階段從常溫加熱到136℃左右時(shí)，調(diào)溫微膠囊的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化很小，該階段主要是水分蒸發(fā)引起的重量損失。第二階段從136℃左右升溫，調(diào)溫微膠囊有明顯失重，加熱到323℃左右時(shí)，微膠囊質(zhì)量損失了1.64mg，占整個(gè)升溫階段質(zhì)量損失的23.7%。第三階段，從323℃繼續(xù)升溫，調(diào)溫微膠囊重量損失加劇，質(zhì)量損失了4.12mg，占整個(gè)升溫階段質(zhì)量損失的59.7%。第二、第三該階段的質(zhì)量損失主要是微膠囊壁破裂釋放出碳?xì)浠衔锒鸬摹Ｆ浞纸馄屏训臏囟榷尾煌?，主要與微膠囊本身的成核性能有關(guān)，用于浸軋整理的部分微膠囊粒徑較大，致密性較差，耐熱性能也就相對(duì)較差些，所以在136℃開始破裂，而成核性能較好的微膠囊則在323℃左右開始破裂，釋放出碳?xì)浠衔?。第四階段隨著溫度的進(jìn)一步升高，微膠囊壁材分解。

2.2.2 織物增重與軋余率的關(guān)系

織物增重與軋余率的關(guān)系如圖6所示。

由圖6可以看出，在調(diào)溫配方比一定的條件下，軋余率越大，織物增重越明顯。調(diào)溫整理液中配方濃度一樣，軋余率越大，織物含液率也就越高，所以經(jīng)過烘焙整理后，固著在織物上的調(diào)溫微膠囊和聚氨酯粘合劑含量就越高，織物增重也就越明顯。

2.2.3 軋余率、烘焙溫度、烘焙時(shí)間與洗滌失重率的關(guān)系

圖6 軋余率對(duì)織物增重的影響

軋余率、烘焙溫度及烘焙時(shí)間與洗滌失重率的關(guān)系如圖7至圖9所示。

由圖7可知，軋余率越大，織物失重率越小，增重越明顯，所以軋余率應(yīng)為110%。由圖8可知，烘焙溫度為100℃時(shí)的織物失重率最大，從粘合劑的活化溫度分析，因?yàn)檎澈蟿┑姆磻?yīng)溫度為80-100℃，烘焙溫度為100℃時(shí)，粘合劑與織物的結(jié)合牢度不高，耐水洗性能較差，所以洗滌時(shí)容易脫落；烘焙溫度為140℃時(shí)的失重率高于120℃，從微膠囊的特性分析，部分微膠囊粒徑較大，致密性較差，烘焙溫度過高，微膠囊容易破裂，洗滌時(shí)易脫落，所以最優(yōu)烘焙溫度應(yīng)選擇120℃。由圖9可知，烘焙溫度為2min時(shí)織物的失重率明顯高于5min和8min，因?yàn)楫?dāng)烘焙時(shí)間為2min時(shí)，粘合劑與織物的結(jié)合時(shí)間較短，洗滌牢度較低；而比較5min和8min時(shí)，織物的失重率沒有明顯變化，考慮到節(jié)能方面的因素，選擇5min為最優(yōu)烘焙時(shí)間。

3結(jié)論

1)單因素實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明:粘合劑濃度越大，織物增重越明顯；粘合劑的添加會(huì)影響織物透氣、透濕以及抗彎剛度方面的性能。

2)熱重分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:調(diào)溫微膠囊在136℃左右時(shí)具有較好的耐熱性能，隨著溫度的繼續(xù)升高，微膠囊失重加劇，特別是當(dāng)溫度達(dá)到323℃時(shí)，微膠囊壁破裂釋放出碳?xì)浠衔?，重量損失非常明顯。

3)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:軋余率越大，織物的增重越明顯；軋余率越大，織物洗滌失重率越小，當(dāng)軋余率為 110%，烘焙溫度為 120℃，烘焙時(shí)間為5min時(shí)織物具有較好的耐水洗性能。

圖7 軋余率大小對(duì)織物失重率的影響

圖8 織物烘焙溫度對(duì)織物失重率的影響

圖9 織物烘焙時(shí)間對(duì)織物失重率的影響

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（責(zé)任編輯：田 犇）

On the Optimization of Fabrics Finishing Process with Thermo-Regulating Microcapsules

JI Song-wen WANG Ge-hui Ma Ji

TS195.5

B

1674-2346(2014)01-0016-06

10.3969/j.issn.1674-2346.2014.01.004

2013-11-04

季宋文，女，東華大學(xué)服裝·藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，碩士研究生。研究方向：服裝舒適性（上海200051）