李朝暉

(江蘇工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇先進(jìn)紡織工程技術(shù)中心,江蘇 南通226007)

棉織物常用的免燙整理劑分為無甲醛免燙整理劑和N-羥甲基酰胺類樹脂兩大類,后者含有甲醛。目前市場(chǎng)上常用的超低甲醛樹脂基本屬于N-羥甲基酰胺類樹脂,經(jīng)過改性處理,不但防縮防皺效果好,而且能做到整理后織物上釋放的甲醛量小于75 mg/kg,符合生態(tài)紡織品中直接接觸皮膚類產(chǎn)品的要求。隨著技術(shù)的發(fā)展、生活水平的提高及氣候變化等原因,單一功能的產(chǎn)品已經(jīng)不能滿足人們的需求[1]。市場(chǎng)上的功能整理劑基本都是單一功能型的,且由于整理劑的屬性及加工條件各不相同,有些甚至互相干擾,這不僅使得多功能整理的難度加大,而且整理效果也受到很大影響。溶膠-凝膠技術(shù)作為材料制備的新方法之一,越來越多地應(yīng)用于紡織品功能整理中[2],且溶膠可以很容易進(jìn)行摻雜改性,能夠賦予紡織品更多的功能,這為紡織品的多功能整理開辟了新的道路。本文以二氧化鈦水溶膠和超低甲醛樹脂作為整理劑,對(duì)棉織物進(jìn)行多功能免燙整理,研究了整理工藝對(duì)產(chǎn)品性能的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料和儀器

試驗(yàn)織物：純棉漂白機(jī)織物(29 tex×29 tex,236根/10 cm×236根/10 cm)。

藥品：自制TiO2水溶膠(鈦酸丁酯、冰醋酸、水的物質(zhì)的量比為1∶8∶60);KH-1超低甲醛樹脂整理劑(工業(yè)級(jí),泰州瑞洋立泰精化科技有限公司)

儀器：EL303電子天平(梅特勒-托利多儀器上海有限公司);HH-S11-1型電熱恒溫水浴鍋、101AB-1型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海華聯(lián)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備公司恒昌儀器廠);SXJQ-1型數(shù)顯直流無級(jí)調(diào)速攪拌器(鄭州長城科工貿(mào)有限公司);PBI橫式壓染機(jī)、R-3自動(dòng)定型烘干機(jī)(Rapid Co.Ltd);WSB-3A智能數(shù)字白度儀、YG(B)912E紡織品防紫外線測(cè)試儀(溫州大榮紡織儀器有限公司);YGH065/PC電子織物強(qiáng)力儀(萊州市電子儀器有限公司);NanoBrook 90 Plus Zeta納米粒度儀(美國布魯克海文儀器公司);PHS-3C精密p H計(jì)(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司)。

1.2 試驗(yàn)方法

工藝處方：KH-1樹脂整理劑50-100 g/L;TiO2水溶膠20-100 g/L;乙酰丙酮(穩(wěn)定劑)與TiO2的物質(zhì)的量比為1∶1。

工藝流程：浸漬整理液(浴比1∶20,室溫,20 min)→軋液(軋余率80%)→烘干(80℃,3 min)→焙烘(150℃,2 min)。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 折皺回復(fù)角

參照GB/T 3819-1997《紡織品 織物折痕回復(fù)性的測(cè)定 回復(fù)角法》,采用垂直法測(cè)試織物的折皺回復(fù)角,以經(jīng)緯向緩彈之和來表示織物的折皺回復(fù)角。

1.3.2 強(qiáng)力

參照GB/T 3923.1-2013《紡織品 織物拉伸性能第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測(cè)定(條樣法)》,測(cè)試經(jīng)向斷裂強(qiáng)力。

1.3.3 白度

參照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)試相對(duì)白度。

1.3.4 防紫外性能

參照GB/T 18830-2002《紡織品 防紫外性能的評(píng)定》,測(cè)試織物整理前后的抗紫外線效果,用UVA、UVB(紫外線透射比)和UPF(紫外線防護(hù)系數(shù))表示,紫外線透射比越低,紫外線防護(hù)系數(shù)越高,說明織物抗紫外線效果越好。

2 結(jié)果與討論

2.1 制備TiO2水溶膠的攪拌速度對(duì)整理織物性能的影響

在制備TiO2水溶膠時(shí),攪拌速度分別采用(710±20)r/min和(1 010±20)r/min,測(cè)得溶膠粒徑見表1。

表1 攪拌速度對(duì)TiO2水溶膠粒徑的影響

從表1中可以看出,轉(zhuǎn)速為(1 010±20)r/min下制備的溶膠粒徑明顯比在轉(zhuǎn)速為(710±20)r/min下制備的溶膠粒徑小的多,這說明攪拌速度越快,其溶膠粒徑越小。

選用兩種不同攪拌速度制得的TiO2水溶膠,溶膠用量40 g/L,KH-1用量70 g/L,p H值4.5,按照1.2.1的工藝流程進(jìn)行整理,測(cè)定整理織物的性能,結(jié)果見表2。從表2可看出,與未整理織物相比,整理后織物的折皺回復(fù)角明顯增加,白度、斷裂強(qiáng)力有所下降。不同攪拌速度下制得的溶膠,對(duì)織物抗紫外效果有很大影響,但對(duì)其他性能的影響沒有明顯差別。

整理后的織物,在溶膠與樹脂的共同作用下,纖維之間發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng),故折皺回復(fù)角明顯增加,白度、斷裂強(qiáng)力有所下降。此外,配置整理液時(shí)發(fā)現(xiàn),加入乙酰丙酮后整理液明顯偏黃,這可能是造成織物白度下降的原因主要原因。

在(710±20)r/min轉(zhuǎn)速下制得的溶膠的粒徑較大,沒有明顯的抗紫外效果;在(1 010±20)r/min轉(zhuǎn)速下制得的溶膠的粒徑較小,有明顯的抗紫外效果。這是因?yàn)槿苣z是靜電相互作用引起的,醋酸提供H+,吸附在粒子表面,從而在粒子表面形成雙電層,粒子表面的雙電層使粒子之間產(chǎn)生靜電排斥作用,當(dāng)粒子之間的吸引力小于排斥力時(shí),聚集的粒子分散成小粒子形成溶膠[3]。溶膠粒徑越小,粒子之間的相互吸引力也就越小,粒子之間相互碰撞聚集的幾率也就變小,溶膠的穩(wěn)定性就會(huì)增加,與樹脂復(fù)配時(shí)的穩(wěn)定性也增加,容易均勻附著在織物表面,形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而具有更好的抗紫外性能。

綜合以上結(jié)果,確定選用(1 010±20)r/min的轉(zhuǎn)速制備的TiO2水溶膠進(jìn)行整理工藝研究。

2.2 整理液p H值對(duì)整理織物性能的影響

固定TiO2水溶膠用量為40 g/L,KH-1用量為70 g/L,預(yù)烘溫度80℃,預(yù)烘時(shí)間3 min,焙烘溫度150℃,焙烘時(shí)間2 min,調(diào)節(jié)整理液的p H值,測(cè)定p H值的變化對(duì)整理織物性能的影響,測(cè)試結(jié)果見表3。

從表3可以看出,隨著整理液p H的增加,抗紫外性能逐漸提高,在p H值為4.5時(shí)達(dá)到最高,而后又有所下降。這可能與TiO2水溶膠的交聯(lián)成膜性能有關(guān),在p H值等于4.5時(shí)成膜性最好,所以抗紫外性能最高。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)p H值等于6.0時(shí),整理液開始出現(xiàn)渾濁,這說明,隨著酸性的進(jìn)一步減弱,TiO2已不能以溶膠的形式存在,而以沉淀形式從整理液中析出,交聯(lián)成膜性能下降,抗紫外性能也隨之降低。

隨著整理液p H的增加,斷裂強(qiáng)力逐漸增大然后趨于穩(wěn)定,這是因?yàn)槊蘩w維的纖維素大分子中的1,4-甙鍵對(duì)酸的穩(wěn)定性很差,H+會(huì)使甙鍵發(fā)生斷裂,導(dǎo)致纖維受到損傷,造成強(qiáng)力下降;隨著p H值的增大,酸性變?nèi)?斷裂強(qiáng)力也逐漸增大,p H值達(dá)到4.0以后,棉纖維的受損程度趨于穩(wěn)定,強(qiáng)力不再有有明顯變化。

隨著整理液的p H的增加,織物的折皺回復(fù)角先增加然后又略有下降,在p H值等于4.5時(shí),折皺回復(fù)角有最大值;p H值小于4.5時(shí),織物的折皺回復(fù)角隨p H值增加而明顯增大;p H值大于4.5時(shí),織物的折皺回復(fù)角隨p H值增加而略有下降。這可能是因?yàn)樵谌跛釛l件下,TiO2的催化能力強(qiáng),在p H值等于4.5時(shí)達(dá)到最強(qiáng),促使樹脂與樹脂之間、樹脂與纖維之間能夠充分交聯(lián)。

隨著整理液的p H的增加,白度也是先增加然后趨于穩(wěn)定,這可能是因?yàn)樗嵝暂^強(qiáng)時(shí),棉纖維更容易受到損傷,導(dǎo)致泛黃,當(dāng)p H值達(dá)到4以后,酸性變?nèi)?棉纖維的受損程度趨于穩(wěn)定,白度也逐漸趨于穩(wěn)定。

綜合考慮,p H值取4.5。

2.3 TiO2水溶膠用量對(duì)整理織物性能的影響

固定KH-1樹脂用量為70 g/L,p H值4.5,80℃預(yù)烘3 min,150℃焙烘2 min,改變水溶膠的用量,測(cè)試溶膠用量的變化對(duì)織物性能的影響,測(cè)試結(jié)果見表4。

表2 制備TiO2水溶膠的攪拌速度對(duì)整理織物性能的影響

表3 整理液p H值對(duì)整理織物性能的影響

表4 TiO2水溶膠用量對(duì)整理織物性能的影響

從表4可以看出,隨著溶膠用量的的增加,織物的抗紫外性能逐漸提高,這是因?yàn)門iO2本身就具有很好的抗紫外性能,隨著溶膠用量的增加,織物上的TiO2含量增加,且交聯(lián)成膜也愈加充分,在溶膠用量達(dá)到40 g/L以后,整理后的織物都達(dá)到防紫外產(chǎn)品的要求。

隨著溶膠用量的增加,織物的折皺回復(fù)角逐漸增加并趨于穩(wěn)定,當(dāng)溶膠用量小于40 g/L時(shí),折皺回復(fù)角隨溶膠用量的增加而增大;當(dāng)溶膠用量達(dá)到40 g/L以后,折皺回復(fù)角的變化不再明顯,這是因?yàn)橐环矫鎀iO2對(duì)KH-1樹脂的催化作用,使樹脂與樹脂之間、樹脂與纖維之間能夠充分交聯(lián),形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),限制了棉纖維的移動(dòng),賦予棉織物較好的抗皺性能;另一方面溶膠在纖維表面形成二氧化鈦空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),也阻礙了纖維發(fā)生扭曲形變,從而達(dá)到抗皺的效果。

隨著溶膠用量的增加,織物的斷裂強(qiáng)力一開始沒有明顯變化,當(dāng)溶膠的用量達(dá)到80 g/L以后,斷裂強(qiáng)力逐漸下降。這是因?yàn)殡S著溶膠用量的增加,TiO2交聯(lián)成膜程度以及樹脂與樹脂之間、樹脂與纖維之間的交聯(lián)程度都在增加,造成棉纖維的活動(dòng)性能下降,在外力作用下容易造應(yīng)力集中而導(dǎo)致強(qiáng)力下降。

隨著溶膠用量的增加,織物的白度也在逐漸降低。這是因?yàn)橐阴１挠昧颗cTiO2水溶膠用量是相關(guān)聯(lián)的,溶膠用量增加,乙酰丙酮的用量也在增加,造成白度逐漸降低。

綜合考慮,溶膠用量為40 g/L時(shí)效果最合適。

2.4 KH-1樹脂用量對(duì)整理織物性能的影響

固定TiO2水溶膠用量40 g/L,p H值4.5,80℃預(yù)烘3 min,150℃焙烘2 min,改變KH-1樹脂的用量,測(cè)試樹脂用量的變化對(duì)織物性能的影響,測(cè)試結(jié)果見表5。

從表5可以看出,隨著KH-1樹脂用量的增加,抗紫外性能和白度都沒有明顯變化,說明樹脂用量的變化基本不會(huì)影響織物的抗紫外性能和白度。

隨著KH-1樹脂用量的增加,織物的折皺回復(fù)角先逐漸增大,在樹脂用量達(dá)到70 g/L時(shí)折皺回復(fù)角出現(xiàn)最大值,然后折皺回復(fù)角略有下降并趨于平緩。這說明樹脂用量達(dá)到一定值以后,繼續(xù)增加樹脂用量,樹脂與纖維間的交聯(lián)程度不再增加,無法進(jìn)一步提高折皺回復(fù)角。

隨著KH-1樹脂用量的增加,織物的斷裂強(qiáng)力逐漸下降,這是因?yàn)闃渲c樹脂之間、樹脂與棉纖維之間的交聯(lián)程度逐漸增加造成棉纖維的活動(dòng)性能下降,在外力作用下容易造應(yīng)力集中而導(dǎo)致強(qiáng)力下降。

綜合考慮,樹脂用量70 g/L為宜。

2.5 洗滌對(duì)整理織物性能的影響

按照TiO2水溶膠用量40 g/L,KH-1樹脂用量70 g/L,p H值4.5,80℃預(yù)烘3 min,150℃焙烘2 min的工藝條件整理織物,分別進(jìn)行熱水洗和皂洗,在烘干后測(cè)試其前后性能變化,測(cè)試結(jié)果見表6。

表5 KH-1樹脂用量對(duì)整理織物性能的影響

表6 洗滌對(duì)整理織物性能的影響

從表6可以看出,經(jīng)過熱水洗后,織物的折皺回復(fù)角略有下降,洗滌次數(shù)對(duì)折皺回復(fù)角沒有明顯影響。抗紫外性能隨著洗滌次數(shù)的增加反而有所提高,但次數(shù)過多,抗紫外性能又有所下降,這可能是由于熱水沸煮可改變納米二氧化鈦的構(gòu)型,改善與織物的結(jié)合牢度,提高了抗紫外能力,但煮的次數(shù)過多可能會(huì)造成織物上二氧化鈦的流失,導(dǎo)致抗紫外性能又有所下降。熱水洗后斷裂強(qiáng)力有所下降,這可能是由于整理是在酸性條件下進(jìn)行的,布面偏酸性,在沸煮時(shí)酸性對(duì)織物又會(huì)造成損傷,導(dǎo)致強(qiáng)力下降,多次熱水洗后,布面的酸性已基本消除,不會(huì)再進(jìn)一步損傷織物,所以強(qiáng)力不再持續(xù)下降。熱水洗后,織物的白度逐漸上升,甚至比原布的白度還要好,這可能是織物上的乙酰丙酮被逐漸洗凈造成的。

經(jīng)過皂洗后,織物白度大幅提高,比熱水洗的白度還要好,可能是堿性條件下皂片對(duì)乙酰丙酮的去除非常徹底。皂洗對(duì)折皺回復(fù)角和斷裂強(qiáng)力基本沒有影響。經(jīng)過皂洗的織物的UVA和UVB透射率及UPF都有所降低,比熱水洗的效果差,可能是由于皂洗時(shí)流失的二氧化鈦更多,導(dǎo)致抗紫外性能下降。

3 結(jié)論

(1)以(1 010±20)r/min的轉(zhuǎn)速制備的TiO2水溶膠的整理效果好。

(2)TiO2溶膠免燙整理的最佳工藝為TiO2水溶膠用量40 g/L;KH-1樹脂用量70 g/L;p H值4.5;80℃預(yù)烘3 min;150℃焙烘2 min。

(3)整理后的織物熱水洗2～3遍,可以提高白度,進(jìn)一步提升抗紫外性能。