多功能棉织物整理剂的研制

曾显华1，刘维锦1，李勇2，张愉利2

(1-华南理工大学材料学院，广东 广州 510640；2-春晖股份有限公司，广东 开平 529300)

[收稿日期]2004-10-18;[修订日期]2004-11-08

原载：《纺织科学研究》2004/12；14-17

 

    [摘要]以改性三嗪-5为紫外吸收剂，壳聚糖、多元羧酸为抗菌抗皱组分，制备棉织物用多功能整理剂。研究了乳化体系的组成及各组分的配比对乳液稳定性能的影响，制备出性能稳定的多功能乳液，并用其对织物进行后整理，得到具有良好抗紫外线、抗折皱和抗菌性能的棉织物，且织物的日晒色牢度有一定提高。

    [关键词] 多功能整理剂;乳化;棉织物

[中图分类号]TS195.2 [文献标识码]B [文章编号]1003-1308[2004]04-0014-05

 

1   引言

    随着社会的发展和消费生活的科学化，人们对纺织品的要求开始转向舒适、美观和功能保健型，因而具有抗紫外线、抗菌、抗皱等性能的织物具有很大的市场需求量。赋予织物功能化的一个主要方法就是功能性后整理，但目前的功能性整理剂通常作用较为单一，且由于各类单一功能整理剂之间在相容性方面存在较多问题，而难以同浴整理。为了满足织物的多功能性要求，通常需要对织物进行多次整理，这就不仅造成后整理的工艺复杂化和成本增加，而且难以保证织物具有良好的多功能性。

    本文将制备同时使织物具有抗紫外线、抗菌、抗皱效果的多功能后整理乳液，并重点对乳化过程进行研究。

2  试验部分

2·1主要原料与仪器

    改性三嗪-5紫外吸收剂，自制。壳聚糖，脱乙酰度90%，相对分子质量≥15万，浙江玉环县海洋生物化学有限公司。环己烷，分析纯，天津市科密欧化学试剂开发中心。Tween20、40、60、80，Span80，化学纯，天津市博迪化工有限公司。多元羧酸复配物，自制。脂肪醇，市售。

    全棉43"90×50/215/210平布(双活性染料M3BE染色)，广州丝绸印染厂提供；FJ-200型高速分散均质机，上海标本模型厂；H.S.G-lB-2型电热恒温水浴锅，上海仪表(集团)供销公司；实验室电动轧车P-AO，冈崎机械制造有限公司。

2·2   多功能乳液的制备

    称取一定量壳聚糖在6%多元羧酸溶液中充分溶解，于50℃恒温水浴保温30min，制得溶液Ⅰ，壳聚糖浓度为1%，将Span、Tween、脂肪醇和紫外吸收剂溶解于环己烷，50℃保温5min，制得溶液Ⅱ。在均质机搅拌的同时，将溶液Ⅰ分3次连续滴加到溶液Ⅱ中，中间间隔均为3min，溶液Ⅰ、Ⅱ的体积比为9:1。将制成的乳液置于冰水浴中，从5O℃急冷至室温，从而制得成品。

2·3   织物后整理

    在乳液中加入柔软剂、渗透剂、催化剂、强度保护剂后，对棉织物进行后整理，工艺如下：

    浸5min→二浸二轧(轧余率100%)→预烘至干(90℃)→焙烘(160℃，2min)→洗涤10次。

2·4   性能测试

2·4·1  钙离子稳定性的测定

    按乳液：CaCl2溶液=4:1的比例，在乳液中加入5%的CaCl2溶液，静置48h后，观察是否有沉淀析出、或有凝结现象。

2·4·2稀释稳定性的测定

    用40mL蒸馏水与lOmL乳液混合，搅拌均匀，静置48h，观察是否分层、破乳。

2·4·3  离心稳定性的测定

    将lOmL乳液放在转速为3000r/min的离心机中，离心作用3OMin，观察乳液是否破乳或絮凝，如无明显的絮凝物即为通过测试。

2·4·4   贮存稳定性的测试

    在室温下放置乳液，观察分层、破乳的时间长短。

2·4·5   折皱恢复角(WRA)

    在YG541B型弹性仪上按GB3819-83标准测试。

2·4·6   紫外防护性能测试

    采用紫外分光光度计和积分球[尤尼柯(上海)仪日有限公司，UV2l00型]，按美国AATCC183-1999标准测试。

2·4·7   日晒色牢度测试

    采用YG611型日晒气候实验仪，按国家标准GB/T8430-1997测试。

2·4·8   抗菌性能测试

    参照FZ/T 01021-92测试。

2·4·9   断裂强力

    采用YG(B)026D-250型强力仪，按GB3923-83进行测试。

2·5   非离子表面活性剂复配的HLB值计算

    依照文献[1]，几种乳化剂Span8O、Tween2O、Tween4O、Tween6O和Tween8O的HLB值依次为4.3、16.7、15.6、14.9和15.0。实验中，通过调配Span与Tween之间的质量比率，分别获得具有不同HLB值的表面活性剂混合体系。这些混合乳化剂的HLB值，可以按质量百分比的加和公式计算得到[1]:

HLB=HLB1×W1%+HLB2×W2%

式中:W1、W2均为质量分数。

3    结果与讨论

3·1乳化剂的选择

    考虑到壳聚糖的性质，本实验选用的乳化剂为非离子型失水山梨醇糖酐脂肪酯(Span类)和聚氧乙烯山梨醇糖酐脂肪酸酯(Tween类)。用Span80与不同的Tween进行复配，其乳液的稳定性如表1所示。

表1  乳化剂复配组分对乳液稳定性的影响

Tween品种

钙离子稳定性

贮存稳定性（24h)

20

40

60

80

均相

分层

絮凝

分层

均相

分层

分层

分层

    从表l结果看来，对于环己烷-水-Span-Tween系列，采用Span80-Tween 2O复配，所得到的乳液稳定性较好。这是因为环己烷几乎不溶于水，而根据乳状液制备的经验规则[2]，含弱亲水基越多的被乳化对象，需要HBL值越大的乳化剂来乳化，而Tween 2O就是几种Tween中HLB值最大的乳化剂，故能用它与Span 80配合，制得最稳定的乳状液。

3·2  乳化剂用量及HLB值的确定

表2   乳化剂用量对乳液稳定性的影响

 

检测项目

复配乳化剂用量(%)

0.71

0.95

1.42          

1.88

2.34

2.80

稀释稳定性

分层

分层

絮凝

均相

均相

均相

钙离子稳定性

絮凝

絮凝

少量絮凝

稍有絮凝

均相

均相

贮存稳定性（24h）

分层

分层

分层

稍有分层

均相

均相

    由表2可知，随着乳化剂用量的降低，乳液的稳定性降低，凝聚率增大，稀释稳定性和钙离子稳定性变差。这是由于随着乳化剂用量的降低，吸附于乳液粒子表面的乳化剂分子就会减少。而非离子型乳化剂分子的减少，又会导致乳液粒子表面上形成的水化层变薄。因此，当乳化剂用量降低到一定程度时，就会有少量凝聚物生成。随着乳化剂用量的进一步降低，凝聚物量大幅度增加，乳液的钙离子稳定性、稀释稳定性、贮存稳定性也随之降低。

自Griffin提出亲水亲油平衡(HLB)规则以来，人们就一直将它作为选择乳状液最佳配方的重要指导思想。一般制备O/W型乳液的HLB值在8-18之间，因此在复配乳化剂总量不变的情况下，通过调整Span 80与Tween 2O的质量比率，就可以得到不同的HLB值，见表3。由表3可以看出，随着HLB值的增加，乳液稀释稳定性与钙离子稳定性呈现出不同趋势，稀释稳定性由分层变为均相，钙离子稳定性则由均相到絮凝出现、再到分层。通过对比可知，对于上述乳液体系，其最佳HLB值为11。

表3   不同HLB值对乳液稳定性的影响

检测项目

HLB值

8

9

10

11

12

13

14

15

l6

稀释稳定性

钙离子稳定性

贮存稳定性(24h)

分层

均相

分层

分层

均相

分层                       

均相

少量絮凝

均相

均相

均相

均相

均相

絮凝

均相

均相

絮凝

均相

均相

分层

均相

均相

分层

均相

均相

分层

分层

3·3   脂肪醇对乳液稳定性的影响

    加入脂肪醇后，它对环己烷-水-Span-Tween乳状液稳定性的影响见表4。由表4可知，在乳化体系中加入一定量的脂肪醇有利于乳液的稳定，其原因是脂肪醇通过加溶，串插排列在胶柬的周围，形成了表面活性剂混合膜，使膜强度有较大增强；同时，脂肪醇的加入，大幅度地降低了环己烷-水的界面张力，从而使乳状液的稳定性得到进一步提高。当脂肪醇质量分数为0.93%时，乳液的稳定性最佳。其后进一步增加脂肪醇用量，尽管稀释稳定性、钙离子稳定性、离心稳定性尚好，但贮存稳定性显著下降，特别是当脂肪醇质量分数达到2.73%时，离心稳定性也变差。其原因可能是由于脂肪醇能够溶解表面活性剂，随着用量的增加，表面活性剂溶于醇的量增多，削弱了表面活性剂的乳化性能。至于更深层次的原因，尚待今后做进一步研究。

    表4   脂肪醇用量对乳液稳定性的影响

检测项目

脂肪醇用量(%)

0

0.46

0.93

1.39

1.84

2.29

2.73

稀释稳定性

钙离子稳定性

离心稳定性

贮存稳定性

均相

均相

分层

3d

均相

均相

均相

30d

均相

均相

均相

＞90d

均相

均相

均相

50d

均相

均相

均相

20d

均相

均相

均相

10d

均相

均相

分层

5d

4    实际应用

    用本实验制得的乳液对染色全棉平布进行后整理，结果见表5。由表5可知，织物经整理后，其抗紫外线、抗菌、抗皱性能和日晒色牢度均有明显提高，并具有一定的耐洗性，且对织物力学性能的影响不大。

表5   织物处理前后的性能对比

 

测试项目

 

处理前

处理后

水洗前

水洗后

WRA(°)

UPF值

日晒色牢度(Red)

抑菌性(%):

  金黄色葡萄球菌

  大肠希挨菌

抗拉强力(经/纬)(N)

163

21.9

3

 

66.3

68.9

1091/383

255

100.5

3-4

 

89.5

92.1

850/300

250

71.6

3-4

 

89.1

91.6

-

5    结论

  1)以改性三嗪-5为紫外线吸收剂，壳聚糖、多元羧酸复配物为抗菌抗皱组分，经乳化处理，可以制得稳定性能良好的多功能整理剂。

  2）在乳化体系中加入一定量的脂肪醇，有利于体系的稳定。本乳化体系最合适的配方为:Span 80-Twee 2O复配乳化剂乳化，乳化剂质量分数为2.34%，HLB值为11，脂肪醇质量分数为0.93%。

  3)经乳液处理后的棉织物，其防皱性、抗菌性、防紫外性明显提高，日晒牢度也有所改善，且力学性能的变化在可以接受范围之内。

[参考文献]

[1] 北京大学化学系胶体化学教研室，乳状液:理论与实践[M]，北京，科学出版社，1978；220-251

[2] 高仲江，顾德荣，新表面活性剂入门[M]，北京，化学工业出版社，1989；203-236