顏 東, 鄧?yán)^勇， 汪南方， 王連軍

(湖南工程學(xué)院 生態(tài)紡織材料及染整新技術(shù)湖南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖南 湘潭 411104)

純棉織物洗后晾干易縮水變皺，影響織物的懸垂性和美觀，對(duì)其進(jìn)行抗皺整理可提高織物的服用功能和附加值[1]。目前染整行業(yè)常用醚化二羥甲基二羥基乙烯脲樹(shù)脂(2D樹(shù)脂)作為織物抗皺整理劑，但2D樹(shù)脂在使用過(guò)程中易釋放甲醛，造成壞境污染及對(duì)人體健康的危害；近年來(lái)開(kāi)發(fā)的多羧酸類[2]、縮醛類[3]、環(huán)氧樹(shù)脂類[4]抗皺免燙整理劑雖然解決了2D樹(shù)脂釋放甲醛的問(wèn)題，但整理效果不如2D樹(shù)酯，同時(shí)還伴有強(qiáng)力降低。

水性聚氨酯是一類無(wú)醛織物整理劑[5]，織物經(jīng)其整理后可有效提高防縮防皺性[6-7]、斷裂強(qiáng)力[8]、防水透濕性能[9]和柔順性[10]，同時(shí)還可增加耐熱遷移性[11-12]、阻燃[13]和抗微生物治療[14]功能；但目前國(guó)內(nèi)相關(guān)研發(fā)產(chǎn)品種類較少，抗皺整理性能還有待改善。基于此，本文采用具有低表面能的有機(jī)硅功能單體對(duì)聚氨酯/丙烯酸酯乳液進(jìn)行改性，制備一類有機(jī)硅改性聚氨酯/丙烯酸酯共聚乳液，將其應(yīng)用于棉織物抗皺整理，對(duì)織物的折皺回復(fù)角與力學(xué)性能等進(jìn)行測(cè)試。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

材料：純棉織物，經(jīng)緯紗線密度均為40 tex，經(jīng)密、緯密分別為315、236根/10 cm。

試劑：異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、三羥甲基丙烷(TMP)、甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)、甲乙酮肟(MEKO)、甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)、乙烯基三甲氧基硅烷、丙烯酸丁酯，均為分析純。

儀器：FTIR-1500型傅里葉變換紅外光譜儀(天津中世沃克科技發(fā)展有限公司)、YG026H型多功能電子織物強(qiáng)力機(jī)(寧波紡織儀器廠)、YG541E型自動(dòng)激光織物抗皺彈性測(cè)試儀(寧波紡織儀器廠)、S-4700型冷電場(chǎng)掃描電子顯微鏡(日本日立公司)、OCA100型接觸角測(cè)量?jī)x(德國(guó)KRUSS公司)、WSB-3 A型智能式數(shù)字白度計(jì)(溫州大榮紡織儀器有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1聚氨酯單體的制備

在帶有恒壓滴液漏斗、機(jī)械攪拌、冷凝管和溫度計(jì)的250 mL四口燒瓶中加入10.0 g異氟爾酮二異氰酸酯(IPDI)、2.0 g三羥甲基丙烷(TMP)和20 mL乙酸乙酯，加熱升溫至75 ℃，反應(yīng)1.5～2 h；然后滴加5 mL溶有1.952 g甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)的乙酸乙酯溶液，15 min內(nèi)滴加完畢，反應(yīng)1 h；最后滴加5 mL溶有2.613 g甲乙酮肟(MEKO)的乙酸乙酯溶液，20 min內(nèi)滴加完畢，反應(yīng)1～1.5 h；冷卻得目標(biāo)單體，待用。聚氨酯單體的合成路線如圖1所示。

圖1 聚氨酯單體合成路線Fig.1 Synthetic route of polyurethane monomer

1.2.2小分子有機(jī)硅改性共聚物乳液的制備

將83 g的20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))聚氨酯單體、15%甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)、9%乙烯基三甲氧基硅烷，56%丙烯酸丁酯等單體溶于無(wú)水乙醇，在機(jī)械攪拌下緩慢升溫至78 ℃，滴加單體總量為1%的引發(fā)劑的乙醇溶液，控制在2 h內(nèi)滴加完畢，反應(yīng)2 h，加入與GMA等物質(zhì)的量的二乙醇胺，開(kāi)環(huán)反應(yīng)1 h，降溫至50 ℃，滴加乙酸中和，反應(yīng)完畢后，加蒸餾水，得到理論固含量為25%的乳液，過(guò)濾去不溶物，于50 ℃下真空旋出乙醇留待后用。

1.2.3棉織物的抗皺整理方法

根據(jù)乳液的固含量，用蒸餾水將其稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%左右的整理液，在室溫下，將棉織物放入整理液中完全浸泡，在均勻軋車上浸軋整理液(二浸二軋，第1次浸漬4 min，第2次浸漬3 min，軋液率為75%)，在熱定型機(jī)中80 ℃預(yù)烘3 min，135 ℃烘焙5 min，然后水洗、烘干。

1.2.4棉織物的耐皂洗方法

將尺寸為40 mm×100 mm的棉織物經(jīng)整理后放于皂液中，在常溫下經(jīng)機(jī)械攪拌浸泡洗滌30 min。再經(jīng)沖洗、干燥。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1紅外吸收光譜表征

采用FTIR-1500型紅外光譜儀測(cè)定乳液的紅外吸收光譜。將乳液涂抹在KBr壓片上制樣，波數(shù)范圍為4 000～500 cm-1。

1.3.2折皺回復(fù)角測(cè)試

采用YG541E型自動(dòng)激光織物抗皺彈性測(cè)試儀按照GB/T 3819—1997《紡織品 織物折痕回復(fù)性的測(cè)定 回復(fù)角法》測(cè)定織物的折皺回復(fù)角。

1.3.3斷裂強(qiáng)力測(cè)試

采用YG026H型多功能電子織物強(qiáng)力機(jī)按照GB/T 3923.1—2013 《紡織品 織物拉伸性能測(cè)定方法》測(cè)試整理棉織物的斷裂強(qiáng)力，每次測(cè)3個(gè)數(shù)據(jù)取平均值。

1.3.4形貌觀察

采用S-4700型冷電場(chǎng)掃描電鏡進(jìn)行掃描，室溫操作，放大倍數(shù)為2 000。

1.3.5薄膜接觸角測(cè)定

采用OCA100型接觸角測(cè)試儀測(cè)試整理后織物對(duì)水的接觸角。將1 μL去離子水滴于整理后的織物表面上進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)樣品選取3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，取平均值。

1.3.6白度測(cè)試

采用WSB-3 A型智能式數(shù)字白度計(jì)按照GB/T 8424.2—2001《紡織品 色牢度試驗(yàn) 相對(duì)白度的儀器評(píng)定方法》測(cè)試整理后棉織物的白度，每次測(cè)3個(gè)數(shù)據(jù)平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外吸收光譜

圖2 乳液的紅外光譜Fig.2 FT-IR spectrum of emulsion

2.2 整理劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)棉織物性能的影響

固定其他整理參數(shù)不變，考察改性乳液整理劑用量對(duì)棉織物性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表1?？梢钥闯?，隨著整理劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，整理后棉織物的經(jīng)緯向折皺回復(fù)角、斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率均增大。這是因?yàn)殡S著整理劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，整理劑與棉短纖維間的交聯(lián)增多，增強(qiáng)了纖維間的結(jié)合力，折皺回復(fù)角也隨之增大，但白度略有降低。當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到5%時(shí)，繼續(xù)增大整理劑用量，折皺回復(fù)角、斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率和白度等變化均不太明顯，因此，聚氨酯/丙烯酸酯共聚乳液整理劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以5%為宜。

表1 整理劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)棉織物性能的影響Tab.1 Influence of finishing agent dosage onproperties of cotton fabric

2.3 浸漬時(shí)間對(duì)棉織物性能的影響

固定其他整理參數(shù)不變，考察浸漬時(shí)間(二浸時(shí)間之和)對(duì)棉織物性能的影響，結(jié)果如表2所示?？梢钥闯觯S著浸漬時(shí)間的延長(zhǎng)，整理后棉織物的經(jīng)緯向折皺回復(fù)角、斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率均增大。浸漬時(shí)間延長(zhǎng)，整理劑與纖維間接觸量增多，交聯(lián)量也會(huì)增多，棉短纖維間的結(jié)合力增強(qiáng)，使織物強(qiáng)力、折皺回復(fù)角也增大，但白度略有降低。當(dāng)浸漬時(shí)間達(dá)到7 min時(shí)，此時(shí)可保證棉織物上有充分的整理劑覆蓋在其上；繼續(xù)延長(zhǎng)浸漬時(shí)間，折皺回復(fù)角、斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率和白度等變化均不很明顯：因此，浸漬時(shí)間以7 min為宜。

表2浸漬時(shí)間對(duì)棉織物性能的影響
Tab.2Influenceofimpregnationtimeonpropertiesofcottonfabric

浸漬時(shí)間/min白度/%折皺回復(fù)角/(°)經(jīng)向緯向斷裂強(qiáng)力/N斷裂伸長(zhǎng)率/%596.590.482.7313.921.8695.597.588.5318.522.9795.2103.393.1323.525.4895.0104.293.9323.825.9

2.4 焙烘溫度和時(shí)間對(duì)棉織物性能的影響

固定其他整理參數(shù)不變，分別考察焙烘溫度和時(shí)間對(duì)棉織物整理性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表3、4。

表3 焙烘溫度對(duì)棉織物性能的影響Tab.3 Influence of baking temperature on properties of cotton fabric

表4 焙烘時(shí)間對(duì)棉織物性能的影響Tab.4 Influence of baking time on properties of cotton fabric

由表3可知，隨著焙烘溫度的升高，整理后棉織物經(jīng)緯向的折皺回復(fù)角均增大，斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率先增后減，白度有降低。烘焙溫度直接影響到聚氨酯的解封，溫度在持續(xù)升高的過(guò)程中，解封的異氰酸酯鍵(—NCO)增多，與棉織物上羥基的反應(yīng)也隨之增多，增強(qiáng)了棉短纖維間的結(jié)合力。當(dāng)焙烘溫度達(dá)到135 ℃時(shí)，繼續(xù)升高焙烘溫度，折皺回復(fù)角、斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率等變化均不很明顯。當(dāng)焙烘溫度升高到155 ℃時(shí)，2種乳液整理后棉織物的斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率均略有降低，這是因?yàn)楦邷亟夥膺^(guò)劇，導(dǎo)致共聚物分子間交聯(lián)加劇，在棉織物表面沉積不均勻，使受力不均導(dǎo)致斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率略有降低。同時(shí)考慮到節(jié)能，焙烘溫度以135 ℃為宜。

由表4可知，隨著焙烘時(shí)間的延長(zhǎng)，整理后織物的經(jīng)緯向折皺回復(fù)角均增大，斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率先增后減，白度略有降低。當(dāng)烘焙時(shí)間較短時(shí)，隨著烘焙時(shí)間的延長(zhǎng)，解封的異氰酸酯鍵較多，與織物上羥基的交聯(lián)也增多，使其纖維間的結(jié)合力增強(qiáng)，織物折皺回復(fù)角和強(qiáng)力得以提升。當(dāng)烘焙時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，解封的異氰酸酯鍵越多，導(dǎo)致其分子間的交聯(lián)加劇，之后不均勻地沉積在棉織物上，導(dǎo)致受力不均，使得斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率有所降低。當(dāng)焙烘時(shí)間達(dá)到5 min時(shí)，抗皺整理的綜合效果較佳，這表明單位體積棉布上的羥基基本已被整理劑反應(yīng)完全，同時(shí)考慮到節(jié)能，最終確定焙烘時(shí)間為5 min。

2.5 皂洗次數(shù)對(duì)整理后棉織物性能的影響

通過(guò)上述單因素分析，得到改性共聚乳液對(duì)棉織物的最佳整理工藝條件：聚氨酯/丙烯酸酯共聚乳液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，浸漬總時(shí)間為7 min，80 ℃預(yù)烘3 min，135 ℃烘焙5 min。在此條件下，考察皂洗次數(shù)對(duì)棉織物性能的影響，結(jié)果如表5所示。

表5 皂洗次數(shù)對(duì)整理后棉織物性能的影響Tab.5 Influence of soap washing times on properties of finished cotton fabric

由表5可知，隨著皂洗次數(shù)的增多，整理后棉織物的經(jīng)緯向折皺回復(fù)角、斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率均略微降低，但白度略有升高。這是因?yàn)樵诩訜嵴碇校约滓彝糠舛说漠惽杷狨ユI被解封，其能夠與棉纖維上的游離羥基發(fā)生反應(yīng)，形成不易洗去的網(wǎng)狀大分子。這可進(jìn)一步驗(yàn)證乳液在高溫整理中發(fā)生了解封反應(yīng)，同時(shí)也說(shuō)明改性乳液整理后的織物具有良好的耐皂洗性能。

2.6 整理前后棉織物的外觀形貌分析

改性乳液整理前后棉織物的外觀形貌照片如圖3所示?？梢钥闯觯何凑砻蘅椢锏谋砻姹容^粗糙，有許多裂紋；而經(jīng)聚氨酯/丙烯酸酯乳液整理后棉織物的表面較為平滑，且纖維之間相互黏連，形成了一層薄膜，表明在棉纖維表面已附著改性的共聚物大分子，經(jīng)過(guò)整理后棉織物的纖維損傷得到了修復(fù)，進(jìn)而改善了棉織物的品質(zhì)，其抗皺性能也得到了提高。

圖3 整理前后棉織物的掃描電鏡照片F(xiàn)ig.3 SEM images of cotton fabrics before and after finishing. (a) Unfinished cotton fabric; (b) Finished cotton fabric

2.7 整理后棉織物的接觸角分析

整理后棉織物的接觸角測(cè)試結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯觯?jīng)共聚乳液整理后棉織物的接觸角高達(dá)134.5°，顯示了良好的拒水性。

圖4 整理后棉織物的接觸角分析Fig.4 Contact angle analysis of cotton fabrics after finishing

3 結(jié) 論

1)以有機(jī)硅改性聚氨酯/丙烯酸酯共聚乳液作為織物整理劑時(shí)，其最佳整理?xiàng)l件為：共聚乳液質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%，浸漬總時(shí)間7 min，80 ℃預(yù)烘3 min，135 ℃烘焙5 min，此時(shí)整理棉織物的經(jīng)緯向折皺回復(fù)角分別為103.3°和93.1°，斷裂強(qiáng)力為323.5 N，斷裂伸長(zhǎng)率為25.4%。

2)有機(jī)硅改性聚氨酯/丙烯酸酯共聚乳液是一類新型高效織物抗皺整理劑，對(duì)棉織物具有良好的抗皺性能，并可使織物的強(qiáng)力增加；同時(shí)經(jīng)共聚乳液整理后的棉織物具有良好的拒水性能，在多功能織物整理技術(shù)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

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