耐久性亲水抗静电整理剂PEE的合成及应用 Yd13921
陶旭晨，李磊，田新祥，凌元卓 1．安徽工程大学安徽省纺织面料重点实验室，安徽芜湖241000；2．上海赛博化工有限公司，上海201816
收稿日期：201l-04-18
基金项目：安徽省高校省级自然科学研究项目(KJ2011B021)资助。
作者简介：陶旭晨(1982-),男,讲师,从事纺织品化学和染整工艺研究。E-mail:taoxuchen1982@mail.dhu.edu.cn
原载：印染2011/10；13-15
【摘要】采用对苯二甲酸二甲酯、聚乙二醇和乙二醇等为原料，通过酯交换和缩聚反应，合成了涤纶织物耐久性亲水抗静电剂PEE。将该PEE乳液(含固量10％)用于涤纶织物抗静电整理试验，得到优化工艺为：浸轧整理液30 L(二浸二轧，轧余率70％)→110℃烘干→150℃焙烘90 s。涤纶织物整理后的亲水性、抗静电性等均得到明显提高，经15次洗涤，仍具有抗静电效果。
【关键词】整理；抗静电剂；织物；聚对苯二甲酸乙二酯纤维
【中图分类号】TS．195．28 文献标识码：A 文章编号：1000-4017(2011)10-0013-03
0 前言
涤纶织物强度高、抗皱、耐磨、耐酸碱，广泛用于产业用纺织品、装饰织物及服装面料，但是由于其回潮率低、吸湿性差，导致在服用过程中易产生静电。随着涤纶纤维应用领域的不断扩大，对涤纶织物的抗静电性能提出更高的要求[1]。
抗静电整理剂按其结构不同，可以分为阳离子型、阴离子型、非离子型、两性型，以及高分子化合物型、复合型和无机盐型等类型；按其耐洗性分类，可简单归结为耐洗和不耐洗两大类；按抗静电机理分类，主要可以分为带电和吸湿两类[2-4]。
本试验自制了聚醚／聚酯(非离子)耐久型涤纶织物亲水抗静电剂PEE，其含有的聚对苯二甲酸乙二酯组分，与涤纶具有相同的结构，在高温定形处理过程中，PEE可进入涤纶的微软化纤维表面并与其大分子形成共结晶而固着在涤纶上，从而获得耐久性；另一部分属于亲水链段的聚醚组分，则可在涤纶纤维的表层形成亲水中心。织物亲水性的增加，可加速其表面电荷的逸散速率，降低纤维表面比电阻，达到抗静电作用。本课题采用浸轧亲水性抗静电剂法对涤纶织物进行整理，讨论了影响整理工艺的因素和加工织物的抗静电效果。
1 试验部分
1．1 材料与仪器
织物 涤纶织物
药品 对苯二甲酸二甲酯(DMT)工业级，自测含量98.3％)，聚乙二醇(PEG-600，1 000，2 000，工业级)，乙二醇(EG，工业级)；乙酸锌、三氧化二锑、亚磷酸三苯酯(均为化学纯)
仪器 均匀轧车，连续式定形烘干机，毛细效应仪(温州方圆仪器有限公司)，纤维比电阻仪、水洗牢度仪(温州大荣纺织标准仪器厂)
1．2 涤纶织物亲水抗静电剂PEE的制备
酯交换反应按设定量将对苯二甲酸二甲酯、乙二醇、聚乙二醇加装有搅拌器和温度计的500 mL四颈瓶中，滴加少量一定配比的乙酸锌、三氧化二锑复合催化剂，在氮气氛的保护下，均匀搅拌并升温至150～190℃，进行酯交换反应，待蒸馏时甲醇馏分达到理论值98％ ，酯交换反应结束。
缩聚反应将反应器中酯化后的物料在氮气氛的保护下，逐渐升温，并且在乙酸锌、亚磷酸三苯酯等复合缩聚反应催化剂作用下，升温至220℃，抽真空 (-0.095 MPa)，250-280℃ 反应6 h，当反应体系中基本无小分子气体排出时，视缩聚反应达到平衡，停止反应。降温至130℃左右出料，制得相对分子质量较高的聚醚／聚酯嵌段共聚物。常温下，产品为米黄色固体。
1．3 PEE乳液的制备
将900 g水升温至90℃，加入100 g PEE固体，以80 r／min搅拌1 h，冷却降温至40℃，过滤放料，得到乳白色半透明PEE乳液，含固量10％。
1．4 整理方法
配制PEE亲水整理液(10～40L)→二浸二轧(30～35℃，轧余率70％)→预烘(110℃)→焙烘定形(150-190℃，40-90 s)
1．5 测试方法
1．5．1 红外光谱(IR)
NICOET10-MX傅里叶红外分光光度计，氯化钠晶体涂片，全扫描。
I．5．2 亲水性
吸湿性测定 按AATCC 79-2007《漂白纺织品的吸水性》测试。将水滴从固定高度处滴落到平坦的测试样表面，测定水滴被试样吸收所需要的时间(S)。水滴被吸收的时间越短，则表示样品的吸湿效果越好。毛细效应参照FZ／T 01071-1999／(纺织品毛细效应试验方法测试》标准测定。
1．5．3 抗静电效果
按照GB／T 14342-1993{合成短纤维比电阻试验方法》进行测试。
1．5．4 耐洗性
将织物和含有5 g／L市售洗衣粉的洗涤液，在水洗牢度仪内进行室温洗涤，10 min为1次，然后清洗试样，更换洗涤液，进行下一次洗涤，如此反复。洗涤完毕后，用清水充分漂洗，烘干，进行亲水性及抗静电性测试。比较洗涤前后涤纶织物的毛效，以及不同洗涤次数后织物比电阻数值，判定其耐洗性。
2 结果与讨论
2．1 PEE理化性能
按照上述方法制备的PEE外观为米黄色固体，主要化学组分为聚酯／聚醚嵌段共聚物，有效组分大于98％，其溶液为非离子型，可与非离子、阴离子和阳离子助剂混用。其10％水溶液pH值为6～7，水溶性良好，产物符合Oeko-Tex标准100要求。
乳化后制得的分散乳液稳定性良好，用3 000 r／min的离心机离心30 min不分层。
2．2 红外光谱分析
如前所述，本试验自制的聚醚／聚酯(非离子)耐久型涤纶织物亲水抗静电剂PEE，是聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸聚乙二醇酯(包含聚醚链段)的嵌段共聚物，其红外光谱见图1。
|
|
|
图1 自制聚醚／聚酯抗静电剂PEE的红外光谱 |
图1中，3 480 cm-1处为游离-OH伸缩振动峰，3 333 cm-1 处为缔合-OH伸缩振动峰，1 718 cm-1 处为C=O伸缩振动峰，1 477cm-1 处为苯C=C伸缩振动峰，1 123 cm-1 处为-CH2-O-CH2-基团的骨架振动峰，酯基特征吸收峰在1718cm-1 处和1 268 cm-1 处，共聚物表现出聚醚／聚酯特征。
2．3 整理工艺因素对织物亲水性能的影响
2．3．1 PEE质量浓度对整理涤纶织物亲水性的影响
选取不同质量浓度的PEE乳液，采用浸轧法处理涤纶织物，焙烘温度150℃，焙烘时间60 S，测定处理涤纶织物的毛细效应，结果如图2。
|
|
|
图2 PEE乳液质量浓度对整理涤纶织物亲水性的影响 |
由图2知，涤纶织物5 min和30 min的毛细效应随着PEE乳液质量浓度的增加而显著增大，但当质量浓度达到30 g／L，处理涤纶织物毛效增幅减缓。这是因为整理剂在涤纶表面吸附且与涤纶共混结晶，随着用量增大，涤纶织物亲水性提高。当PEE用量达到一定值后，涤纶织物吸附达到饱和，继续增加用量，织物的毛效变化不大。
2．3．2 焙烘温度对整理涤纶织物亲水性的影响
取PEE乳液质量浓度30 g／L时，焙烘时间60 S，以不同焙烘温度对涤纶织物亲水整理。结果见图3。PEE乳液整理涤纶织物，结果见表3。
|
|
|
图3 焙烘温度对整理涤纶织物亲水性的影响 |
由图3可见，焙烘温度低于150℃时，处理涤纶织物毛效随温度的增加而提高。随着焙烘温度的上升，PEE熔融流平，与涤纶织物表面共熔结晶完整性好，从而表现出良好的亲水性；当焙烘温度超过150℃并继续提高时，因为PEE分子中亲水性链段聚醚结构很容易氧化，其氧化后生成过氧化物并分解成自由基进一步加速氧化，导致聚醚结构破坏，使亲水性有所下降。
2．3．3 焙烘时间对整理涤纶织物亲水性的影响
在PEE乳液质量浓度30 g／L，焙烘温度150℃条件下，采用不同焙烘时间对涤纶进行亲水整理处理。
表1 焙烘时间对整理涤纶织物亲水性的影响
|
焙烘时间／s |
45 |
60 |
75 |
90 |
105 |
l20 |
135 |
150 |
|
毛效／(cm/30min) |
20.7 |
21.9 |
22.1 |
23.3 |
22.4 |
22.9 |
21.5 |
20.1 |
由表1可见，PEE在涤纶织物表面流平、渗透，再共熔结晶，需要一定时间。随着焙烘时间延长，涤纶织物毛效提高，亲水性变好，90 s时，处理涤纶织物毛效最高；继续延长处理时间，由于整理剂分子中聚醚链段高温条件下发生热分解，整理剂变性，处理涤纶织物的亲水性有所减弱。
2．4 整理涤纶织物亲水性的耐洗性
按PEE乳液质量浓度30 g／L、焙烘温度150℃、焙烘时间90 s整理涤纶织物，按1．5．3节洗涤方法进行耐洗性试验，结果见表2。
表2 整理涤纶织物亲水性的耐洗性
|
冼涤次数／次 |
空白样 |
整理样 |
||||
|
吸湿性／s |
毛效／cm |
吸湿性／s |
毛效／cm |
|||
|
5min |
30min |
5min |
30min |
|||
|
0 |
>3.0 |
5.6 |
11.5 |
<0.5 |
13.1 |
21.9 |
|
5 |
>3.0 |
5.6 |
11.3 |
<0.8 |
14.5 |
23.7 |
|
10 |
>3.0 |
5.8 |
11.6 |
<1.0 |
14.2 |
23.4 |
|
15 |
>3.0 |
5.7 |
11.5 |
<2.0 |
13.6 |
22.5 |
从表2看出，经过l5次洗涤，处理涤纶织物仍表现较好的亲水性，表明整理剂具有较好的耐洗性。
2．5 整理涤纶织物抗静电性能
在焙烘温度150℃，焙烘时间90 s的条件下，使用
表3 整理涤纶织物抗静电性能
|
洗涤次数 |
纤维比电阻(×10 10Ω·cm) |
洗涤次数 |
纤维比电阻(×10 10Ω·cm) |
|
0 |
0.72 |
8 |
3.28 |
|
1 |
0.86 |
9 |
4.15 |
|
2 |
0.94 |
10 |
5.7 |
|
3 |
1.23 |
11 |
6.04 |
|
4 |
1.35 |
12 |
6.28 |
|
5 |
1.68 |
13 |
6.57 |
|
6 |
2.06 |
14 |
6.65 |
|
7 |
2.58 |
15 |
6.8 |
表3显示，经过PEE处理的涤纶织物纤维表面比电阻达到抗静电要求[5]( 10 10-10 11Ω·cm以下)，且经l5次洗涤，仍具有抗静电效果。
3 结论
(1)试验合成的涤纶织物亲水抗静电剂PEE具有聚酯／聚醚共聚物结构特征。
(2)涤纶织物亲水抗静电剂PEE乳液(10％)对涤纶织物进行整理的优化工艺为：PEE质量浓度30 g／L，焙烘温度150℃，焙烘时间90 s。整理后的涤纶织物，亲水性、抗静电性均得到明显提高，并具有较好的耐洗性。
参考文献：
[1] 霍里斯NRS．服装舒适性[M]西安,陕西科学技术出版社,1991;33-56
[2] 张翠芳，车江宁，袁琴华,聚酯纤维及织物亲水整理的现状与发展[J]中国纺织大学学报，1999，25(5)：108-111
[3] 杭伟明，朱亚伟．涤纶和锦纶织物的抗静电整理[J]纺织学报2009,30(6);86-89
[4] 陈光杰，蔡再生．聚醚酯型抗静电整理剂的研究[J]合成纤维工业,2005,28(4);33-35
[5] 朱平,功能纤维及功能纺织品[M]北京,中国纺织出版社,2006;70