李朝晖

(江苏工程职业技术学院 江苏先进纺织工程技术中心,江苏 南通226007)

棉织物常用的免烫整理剂分为无甲醛免烫整理剂和N-羟甲基酰胺类树脂两大类,后者含有甲醛。目前市场上常用的超低甲醛树脂基本属于N-羟甲基酰胺类树脂,经过改性处理,不但防缩防皱效果好,而且能做到整理后织物上释放的甲醛量小于75 mg/kg,符合生态纺织品中直接接触皮肤类产品的要求。随着技术的发展、生活水平的提高及气候变化等原因,单一功能的产品已经不能满足人们的需求[1]。市场上的功能整理剂基本都是单一功能型的,且由于整理剂的属性及加工条件各不相同,有些甚至互相干扰,这不仅使得多功能整理的难度加大,而且整理效果也受到很大影响。溶胶-凝胶技术作为材料制备的新方法之一,越来越多地应用于纺织品功能整理中[2],且溶胶可以很容易进行掺杂改性,能够赋予纺织品更多的功能,这为纺织品的多功能整理开辟了新的道路。本文以二氧化钛水溶胶和超低甲醛树脂作为整理剂,对棉织物进行多功能免烫整理,研究了整理工艺对产品性能的影响。

1 试验部分

1.1 材料和仪器

试验织物：纯棉漂白机织物(29 tex×29 tex,236根/10 cm×236根/10 cm)。

药品：自制TiO2水溶胶(钛酸丁酯、冰醋酸、水的物质的量比为1∶8∶60);KH-1超低甲醛树脂整理剂(工业级,泰州瑞洋立泰精化科技有限公司)

仪器：EL303电子天平(梅特勒-托利多仪器上海有限公司);HH-S11-1型电热恒温水浴锅、101AB-1型电热恒温鼓风干燥箱(上海华联环境试验设备公司恒昌仪器厂);SXJQ-1型数显直流无级调速搅拌器(郑州长城科工贸有限公司);PBI横式压染机、R-3自动定型烘干机(Rapid Co.Ltd);WSB-3A智能数字白度仪、YG(B)912E纺织品防紫外线测试仪(温州大荣纺织仪器有限公司);YGH065/PC电子织物强力仪(莱州市电子仪器有限公司);NanoBrook 90 Plus Zeta纳米粒度仪(美国布鲁克海文仪器公司);PHS-3C精密p H计(上海仪电科学仪器股份有限公司)。

1.2 试验方法

工艺处方：KH-1树脂整理剂50-100 g/L;TiO2水溶胶20-100 g/L;乙酰丙酮(稳定剂)与TiO2的物质的量比为1∶1。

工艺流程：浸渍整理液(浴比1∶20,室温,20 min)→轧液(轧余率80%)→烘干(80℃,3 min)→焙烘(150℃,2 min)。

1.3 性能测试

1.3.1 折皱回复角

参照GB/T 3819-1997《纺织品 织物折痕回复性的测定 回复角法》,采用垂直法测试织物的折皱回复角,以经纬向缓弹之和来表示织物的折皱回复角。

1.3.2 强力

参照GB/T 3923.1-2013《纺织品 织物拉伸性能第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》,测试经向断裂强力。

1.3.3 白度

参照GB/T 8424.2-2001《纺织品 色牢度试验相对白度的仪器评定方法》,测试相对白度。

1.3.4 防紫外性能

参照GB/T 18830-2002《纺织品 防紫外性能的评定》,测试织物整理前后的抗紫外线效果,用UVA、UVB(紫外线透射比)和UPF(紫外线防护系数)表示,紫外线透射比越低,紫外线防护系数越高,说明织物抗紫外线效果越好。

2 结果与讨论

2.1 制备TiO2水溶胶的搅拌速度对整理织物性能的影响

在制备TiO2水溶胶时,搅拌速度分别采用(710±20)r/min和(1 010±20)r/min,测得溶胶粒径见表1。

表1 搅拌速度对TiO2水溶胶粒径的影响

从表1中可以看出,转速为(1 010±20)r/min下制备的溶胶粒径明显比在转速为(710±20)r/min下制备的溶胶粒径小的多,这说明搅拌速度越快,其溶胶粒径越小。

选用两种不同搅拌速度制得的TiO2水溶胶,溶胶用量40 g/L,KH-1用量70 g/L,p H值4.5,按照1.2.1的工艺流程进行整理,测定整理织物的性能,结果见表2。从表2可看出,与未整理织物相比,整理后织物的折皱回复角明显增加,白度、断裂强力有所下降。不同搅拌速度下制得的溶胶,对织物抗紫外效果有很大影响,但对其他性能的影响没有明显差别。

整理后的织物,在溶胶与树脂的共同作用下,纤维之间发生了交联反应,故折皱回复角明显增加,白度、断裂强力有所下降。此外,配置整理液时发现,加入乙酰丙酮后整理液明显偏黄,这可能是造成织物白度下降的原因主要原因。

在(710±20)r/min转速下制得的溶胶的粒径较大,没有明显的抗紫外效果;在(1 010±20)r/min转速下制得的溶胶的粒径较小,有明显的抗紫外效果。这是因为溶胶是静电相互作用引起的,醋酸提供H+,吸附在粒子表面,从而在粒子表面形成双电层,粒子表面的双电层使粒子之间产生静电排斥作用,当粒子之间的吸引力小于排斥力时,聚集的粒子分散成小粒子形成溶胶[3]。溶胶粒径越小,粒子之间的相互吸引力也就越小,粒子之间相互碰撞聚集的几率也就变小,溶胶的稳定性就会增加,与树脂复配时的稳定性也增加,容易均匀附着在织物表面,形成空间网状结构,从而具有更好的抗紫外性能。

综合以上结果,确定选用(1 010±20)r/min的转速制备的TiO2水溶胶进行整理工艺研究。

2.2 整理液p H值对整理织物性能的影响

固定TiO2水溶胶用量为40 g/L,KH-1用量为70 g/L,预烘温度80℃,预烘时间3 min,焙烘温度150℃,焙烘时间2 min,调节整理液的p H值,测定p H值的变化对整理织物性能的影响,测试结果见表3。

从表3可以看出,随着整理液p H的增加,抗紫外性能逐渐提高,在p H值为4.5时达到最高,而后又有所下降。这可能与TiO2水溶胶的交联成膜性能有关,在p H值等于4.5时成膜性最好,所以抗紫外性能最高。试验中发现,当p H值等于6.0时,整理液开始出现浑浊,这说明,随着酸性的进一步减弱,TiO2已不能以溶胶的形式存在,而以沉淀形式从整理液中析出,交联成膜性能下降,抗紫外性能也随之降低。

随着整理液p H的增加,断裂强力逐渐增大然后趋于稳定,这是因为棉纤维的纤维素大分子中的1,4-甙键对酸的稳定性很差,H+会使甙键发生断裂,导致纤维受到损伤,造成强力下降;随着p H值的增大,酸性变弱,断裂强力也逐渐增大,p H值达到4.0以后,棉纤维的受损程度趋于稳定,强力不再有有明显变化。

随着整理液的p H的增加,织物的折皱回复角先增加然后又略有下降,在p H值等于4.5时,折皱回复角有最大值;p H值小于4.5时,织物的折皱回复角随p H值增加而明显增大;p H值大于4.5时,织物的折皱回复角随p H值增加而略有下降。这可能是因为在弱酸条件下,TiO2的催化能力强,在p H值等于4.5时达到最强,促使树脂与树脂之间、树脂与纤维之间能够充分交联。

随着整理液的p H的增加,白度也是先增加然后趋于稳定,这可能是因为酸性较强时,棉纤维更容易受到损伤,导致泛黄,当p H值达到4以后,酸性变弱,棉纤维的受损程度趋于稳定,白度也逐渐趋于稳定。

综合考虑,p H值取4.5。

2.3 TiO2水溶胶用量对整理织物性能的影响

固定KH-1树脂用量为70 g/L,p H值4.5,80℃预烘3 min,150℃焙烘2 min,改变水溶胶的用量,测试溶胶用量的变化对织物性能的影响,测试结果见表4。

表2 制备TiO2水溶胶的搅拌速度对整理织物性能的影响

表3 整理液p H值对整理织物性能的影响

表4 TiO2水溶胶用量对整理织物性能的影响

从表4可以看出,随着溶胶用量的的增加,织物的抗紫外性能逐渐提高,这是因为TiO2本身就具有很好的抗紫外性能,随着溶胶用量的增加,织物上的TiO2含量增加,且交联成膜也愈加充分,在溶胶用量达到40 g/L以后,整理后的织物都达到防紫外产品的要求。

随着溶胶用量的增加,织物的折皱回复角逐渐增加并趋于稳定,当溶胶用量小于40 g/L时,折皱回复角随溶胶用量的增加而增大;当溶胶用量达到40 g/L以后,折皱回复角的变化不再明显,这是因为一方面TiO2对KH-1树脂的催化作用,使树脂与树脂之间、树脂与纤维之间能够充分交联,形成三维网状结构,限制了棉纤维的移动,赋予棉织物较好的抗皱性能;另一方面溶胶在纤维表面形成二氧化钛空间网状结构,也阻碍了纤维发生扭曲形变,从而达到抗皱的效果。

随着溶胶用量的增加,织物的断裂强力一开始没有明显变化,当溶胶的用量达到80 g/L以后,断裂强力逐渐下降。这是因为随着溶胶用量的增加,TiO2交联成膜程度以及树脂与树脂之间、树脂与纤维之间的交联程度都在增加,造成棉纤维的活动性能下降,在外力作用下容易造应力集中而导致强力下降。

随着溶胶用量的增加,织物的白度也在逐渐降低。这是因为乙酰丙酮的用量与TiO2水溶胶用量是相关联的,溶胶用量增加,乙酰丙酮的用量也在增加,造成白度逐渐降低。

综合考虑,溶胶用量为40 g/L时效果最合适。

2.4 KH-1树脂用量对整理织物性能的影响

固定TiO2水溶胶用量40 g/L,p H值4.5,80℃预烘3 min,150℃焙烘2 min,改变KH-1树脂的用量,测试树脂用量的变化对织物性能的影响,测试结果见表5。

从表5可以看出,随着KH-1树脂用量的增加,抗紫外性能和白度都没有明显变化,说明树脂用量的变化基本不会影响织物的抗紫外性能和白度。

随着KH-1树脂用量的增加,织物的折皱回复角先逐渐增大,在树脂用量达到70 g/L时折皱回复角出现最大值,然后折皱回复角略有下降并趋于平缓。这说明树脂用量达到一定值以后,继续增加树脂用量,树脂与纤维间的交联程度不再增加,无法进一步提高折皱回复角。

随着KH-1树脂用量的增加,织物的断裂强力逐渐下降,这是因为树脂与树脂之间、树脂与棉纤维之间的交联程度逐渐增加造成棉纤维的活动性能下降,在外力作用下容易造应力集中而导致强力下降。

综合考虑,树脂用量70 g/L为宜。

2.5 洗涤对整理织物性能的影响

按照TiO2水溶胶用量40 g/L,KH-1树脂用量70 g/L,p H值4.5,80℃预烘3 min,150℃焙烘2 min的工艺条件整理织物,分别进行热水洗和皂洗,在烘干后测试其前后性能变化,测试结果见表6。

表5 KH-1树脂用量对整理织物性能的影响

表6 洗涤对整理织物性能的影响

从表6可以看出,经过热水洗后,织物的折皱回复角略有下降,洗涤次数对折皱回复角没有明显影响。抗紫外性能随着洗涤次数的增加反而有所提高,但次数过多,抗紫外性能又有所下降,这可能是由于热水沸煮可改变纳米二氧化钛的构型,改善与织物的结合牢度,提高了抗紫外能力,但煮的次数过多可能会造成织物上二氧化钛的流失,导致抗紫外性能又有所下降。热水洗后断裂强力有所下降,这可能是由于整理是在酸性条件下进行的,布面偏酸性,在沸煮时酸性对织物又会造成损伤,导致强力下降,多次热水洗后,布面的酸性已基本消除,不会再进一步损伤织物,所以强力不再持续下降。热水洗后,织物的白度逐渐上升,甚至比原布的白度还要好,这可能是织物上的乙酰丙酮被逐渐洗净造成的。

经过皂洗后,织物白度大幅提高,比热水洗的白度还要好,可能是碱性条件下皂片对乙酰丙酮的去除非常彻底。皂洗对折皱回复角和断裂强力基本没有影响。经过皂洗的织物的UVA和UVB透射率及UPF都有所降低,比热水洗的效果差,可能是由于皂洗时流失的二氧化钛更多,导致抗紫外性能下降。

3 结论

(1)以(1 010±20)r/min的转速制备的TiO2水溶胶的整理效果好。

(2)TiO2溶胶免烫整理的最佳工艺为TiO2水溶胶用量40 g/L;KH-1树脂用量70 g/L;p H值4.5;80℃预烘3 min;150℃焙烘2 min。

(3)整理后的织物热水洗2～3遍,可以提高白度,进一步提升抗紫外性能。