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        預(yù)處理對滌綸織物表面性能的影響

        2022-12-19 02:36:50馬雙紅陳宇岳張德鎖
        紡織報(bào)告 2022年11期
        關(guān)鍵詞:親水滌綸基團(tuán)

        馬雙紅,林 紅,陳宇岳,張德鎖

        (蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215021)

        在滌綸加工處理中,相關(guān)人員常通過堿減量改變其表面特性、增強(qiáng)其毛細(xì)管效應(yīng)、提高回潮率,使滌綸具有仿真絲特性,增強(qiáng)滌綸的親水性,消除極光并緩解易起靜電問題等[1]。等離子體的原理是通過電子碰撞和光化學(xué)過程分解分子,產(chǎn)生高密度的自由基,導(dǎo)致纖維聚合物表面化學(xué)鍵被破壞,促使新化學(xué)物質(zhì)形成,通過產(chǎn)生的活性基團(tuán)來改變纖維表面的性能[2]。本實(shí)驗(yàn)采用堿減量預(yù)處理法、等離子體預(yù)處理法、堿減量-等離子體聯(lián)合預(yù)處理法對滌綸織物進(jìn)行表面處理,研究這3種方法對纖維性能的影響。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)儀器

        實(shí)驗(yàn)材料:滌綸(300 D×300 D,150 g/m2);十六烷基三甲基溴化銨(CTAB);氫氧化鈉;硝酸銀。以上試劑均為分析純。

        實(shí)驗(yàn)儀器:S-4800型冷場發(fā)射掃描電鏡(日本日立公司);D8 Advance型X射線衍射儀(德國BRUKER AXS公司);Nicolet 5700型傅里葉變換紅外光譜儀(美國熱電尼高力儀器公司);PDC-002型等離子體表面處理儀(溫州市億鴻科技有限公司);DHG-9070A型電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司);Diamond TG DTA型熱分析儀(美國珀金埃爾默有限公司);Axis Ultra型X射線衍射光譜儀(島津/KRATOS公司);Zetasizer Nano ZS90型馬爾文納米粒徑電位分析儀(英國Malvern公司)。

        1.2 實(shí)驗(yàn)方法

        1.2.1 堿減量預(yù)處理

        對織物先用無水乙醇進(jìn)行超聲醇洗30 min,再將織物烘干備用,在90 ℃水浴條件下,用質(zhì)量濃度為10 g/L的NaOH溶液處理滌綸織物60 min,使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的促進(jìn)劑CTAB,浴比為1∶50。

        1.2.2 等離子體預(yù)處理

        對織物先用無水乙醇進(jìn)行超聲醇洗30 min,烘干得到干燥樣品,將滌綸試樣放入空氣等離子體處理室中,兩面分別處理3 min后排空處理室內(nèi)的氣體,取出樣品放入真空袋中。

        1.2.3 堿減量-等離子體聯(lián)合預(yù)處理

        先對織物進(jìn)行堿減量預(yù)處理,再對經(jīng)堿減量預(yù)處理后的織物進(jìn)行等離子體處理。

        1.3 測試部分

        1.3.1 X射線光電子能譜

        采用Axis Ultra HAS型X射線光電子能譜儀(X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS)測定滌綸織物表面的化學(xué)組成,測試條件如下:X射線源為單色Alka(hv=1 361.0 eV),功率為300 W,電壓為15 kV。之后使用XPSPEAK41軟件對測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行分峰擬合和分析。

        1.3.2 Zeta電位分析

        分別取改性的滌綸織物與未改性的滌綸織物剪成細(xì)小狀,用濃度為0.001 mol/L的KCl溶液,將纖維配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的溶液,取少量溶液加入馬爾文粒徑電位分析儀的電位測量池中,測量樣品的電位,在測試過程中,將溫度設(shè)定為25 ℃,每個(gè)樣品重復(fù)測試3次。

        1.3.3 掃描電鏡分析

        將試樣超聲醇洗10 min,烘干備用,取少量纖維樣品置于電鏡臺上,用導(dǎo)電膠固定,鍍金后置于S-4800型掃描電子顯微鏡的載物臺上觀察表面形貌。

        1.3.4 親水接觸角測試

        用OCAT21接觸角分析儀測定織物對水的接觸角,測試所用水的體積為6 μL,每個(gè)樣品選取5個(gè)不同位置作為測試點(diǎn),取其平均值。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 預(yù)處理滌綸表面元素分析

        為了分析滌綸表面官能團(tuán)的變化,對滌綸原樣和預(yù)處理樣進(jìn)行了XPS分析(圖1),表1為對應(yīng)的官能團(tuán)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。圖1中的(a)(b)(c)(d)分別對應(yīng)滌綸原樣、堿減量預(yù)處理滌綸、等離子體預(yù)處理滌綸、堿減量-等離子體聯(lián)合預(yù)處理滌綸在284.8、286.0、288.2 eV處檢測到的C—C鍵、C—O鍵、C=O鍵吸收峰,可以看出,經(jīng)過堿減量-等離子體聯(lián)合預(yù)處理后,織物表面的活性官能團(tuán)變化最顯著。表1數(shù)據(jù)顯示,原滌綸表面C—C鍵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.00%,經(jīng)過堿減量預(yù)處理后變?yōu)?0.00%,C—O鍵和C=O鍵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別變?yōu)?9.00%和22.00%。經(jīng)過堿減量預(yù)處理后,織物表面增加的含氧官能團(tuán)不多,這是因?yàn)榻?jīng)過堿減量預(yù)處理后,活性基團(tuán)僅在分子鏈斷裂處出現(xiàn)少量親水基團(tuán);經(jīng)過等離子體預(yù)處理后,滌綸表面C—C鍵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降為39.00%,而C—O鍵和C=O鍵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提升為33.00%和28.00%,含氧官能團(tuán)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯提高,原因是滌綸纖維中的大分子鏈被等離子體產(chǎn)生的高速粒子破壞,并被氧化產(chǎn)生大量的含氧基團(tuán);經(jīng)堿減量-等離子體聯(lián)合預(yù)處理后,表面C—C鍵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由52.00%變?yōu)?7.00%,而C—O鍵和C=O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別提高至50.00%和23.00%,原因是滌綸纖維被堿減量預(yù)處理后,部分分子鏈斷裂產(chǎn)生了少量的親水基團(tuán),且比表面積增大,再在表面用等離子體處理,會有更多大分子鏈被等離子體產(chǎn)生的高速粒子破壞,已經(jīng)具有親水性的織物經(jīng)堿減量預(yù)處理后親水性更強(qiáng),并被氧化產(chǎn)生大量的含氧基團(tuán),這些活性基團(tuán)富集在纖維表面。

        圖1 滌綸原樣和預(yù)處理后滌綸的C1s XPS能譜

        表1 滌綸原樣和預(yù)處理后滌綸的官能團(tuán)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

        2.2 預(yù)處理滌綸表面電位分析

        圖2為滌綸織物表面經(jīng)過預(yù)處理的Zeta電位圖。滌綸原樣的電位為-4.36 mV,呈負(fù)電性,經(jīng)堿減量預(yù)處理后,滌綸表面負(fù)電子增多,電位變?yōu)?26.90 mV;經(jīng)等離子體預(yù)處理后,表面電位變?yōu)?8.89 mV;經(jīng)堿減量-等離子體聯(lián)合預(yù)處理后,表面電位變?yōu)?42.30 mV。相比單一的預(yù)處理,纖維表面負(fù)電荷增加較多,這是因?yàn)槔w維表面經(jīng)過復(fù)合處理后帶負(fù)電的極性基團(tuán)急劇增多。

        圖2 滌綸表面的Zeta電位值

        2.3 預(yù)處理滌綸形貌結(jié)構(gòu)分析

        圖3為預(yù)處理前后滌綸纖維表面的掃描電鏡圖。經(jīng)堿減量預(yù)處理后,表面酯鍵斷裂,織物表面會出現(xiàn)刻蝕現(xiàn)象,導(dǎo)致織物質(zhì)量減小,同時(shí)纖維表面出現(xiàn)了明顯的凹坑,增大了纖維的比表面積,為后續(xù)納米銀提供了更多的負(fù)載場所。經(jīng)等離子體預(yù)處理后,滌綸表面出現(xiàn)微槽,這是因?yàn)椴环€(wěn)定的電漿體在電磁場的作用下轟擊到纖維表面產(chǎn)生刻蝕,但是相比堿減量的刻蝕更輕微,而聯(lián)合預(yù)處理滌綸表面微槽和凹坑更加明顯。

        圖3 預(yù)處理前后滌綸織物纖維縱向表面SEM圖

        2.4 預(yù)處理滌綸親疏水性分析

        圖4為經(jīng)過預(yù)處理的滌綸織物的親水接觸角,滌綸原樣的親水接觸角為123.5°,纖維表面是疏水的;經(jīng)過堿減量預(yù)處理后,滌綸的親水接觸角變?yōu)?5.6°;經(jīng)過等離子體預(yù)處理后,滌綸表面的親水接觸角變?yōu)?6.1°;經(jīng)過堿減量-等離子體聯(lián)合預(yù)處理后,滌綸表面的親水接觸角變?yōu)?0.3°,表現(xiàn)出一定的親水性。這是因?yàn)榻?jīng)堿減量預(yù)處理后,織物的比表面積增大,增強(qiáng)了滌綸毛細(xì)管效應(yīng)[3],吸水性明顯增加;經(jīng)等離子體處理后,纖維表面還出現(xiàn)了大量的活性基團(tuán),與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng),生成新的極性基團(tuán),形成親水中心;經(jīng)過聯(lián)合預(yù)處理的滌綸將兩者的作用復(fù)合起來,親水性得到顯著提高,為后道滌綸織物的功能化改性提供了有利條件。

        圖4 預(yù)處理后織物的親水接觸角

        3 結(jié)語

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,堿減量預(yù)處理、等離子體預(yù)處理和堿減量-等離子體聯(lián)合預(yù)處理可以活化纖維表面層,經(jīng)過預(yù)處理后,纖維表面的電負(fù)性增強(qiáng)、親水性提高。其中,聯(lián)合預(yù)處理效果最為顯著,Zeta電位值由-4.36 mV變?yōu)?43.20 mV,表明其與陽離子的靜電吸附能力增強(qiáng),表面含氧官能團(tuán)顯著增多,親水性提高,處理后的織物表面比表面積增大,此時(shí)的滌綸織物表面性能較為優(yōu)異,為功能性整理提供了有利條件。

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