PDMDAAC／AM 在涤纶织物上的抗静电性能yd15501
刘晓云1 ，王晓芳2 ，周岚3 1.浙江工业职业技术学院，浙江绍兴312000；2.上海帝博精细化工有限公司，上海201801；3.浙江理工大学生态染整技术教育部工程研究中心，浙江杭州 310018)
收稿日期：2011-09-14 修回日期：2012-01-09
作者简介：刘晓云(1984-)，女，讲师，硕士。主要从事染整助剂开发和工艺研究。E-mail：liuxiaoyun_66@163.com。
原载: 纺织学报2012/8; 92-96
【摘要】研究二甲基二烯丙基氯化铵／丙烯酰胺共聚物(PDMDAAC／AM)整理涤纶织物的抗静电性能，采用烘干和焙烘2种工艺对涤纶织物进行整理，测定整理前后织物的静电峰值电压、半衰期以及水洗2O次的抗静电耐久性，运用接触角测试仪、扫描电镜、x射线光电子能谱表征整理前后涤纶织物的亲水性、表面形貌和表面组分变化。结果表明，附着在涤纶织物表面的PDMDAAC／AM能赋予涤纶织物良好的抗静电性能及耐洗性。经烘干和焙烘2种不同工艺整理后，涤纶织物的抗静电性能和手感有一定的差异，归因于PDMDAAC／AM在高温焙烘下易产生交联作用。
【关键词】二甲基二烯丙基氯化铵／丙烯酰胺共聚物；抗静电；烘干；焙烘
【中图分类号】TS 195.1 文献标志码：A 文章编号：0253-9721(2012)08-0092-05
涤纶纤维具有优良的物理力学性能，如强度高、抗皱、耐磨、尺寸稳定、易洗快干、免熨烫等；但由于其化学结构中缺乏亲水性基团，吸湿性能差，易产生静电，影响服用性能，降低了产品品质[1-4]，因此，工业上常采用各种抗静电剂对涤纶织物进行处理，这要求抗静电剂既要有良好的消除静电能力，又应该具备一定的持久性。目前常用的永久性抗静电剂主要有阴离子型羧酸类抗静电剂、阳离子型季铵盐类抗静电剂、非离子型聚醚类抗静电剂及两性类抗静电剂，其中，以阳离子型抗静电剂和非离子型抗静电剂使用最为普遍。与其他抗静电剂不同，聚(二甲基二烯丙基氯化铵／丙烯酰胺)由阳离子单体二烯丙基氯化铵和非离子单体丙烯酰胺共聚而成。二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)聚合物正电荷密度高，高效无毒，成本低廉，能有效地加快织物上的电荷逸散速度，减少静电荷的产生[5-6]。而丙烯酰胺吸湿性强，同时具有很强的活性，很容易自聚或与二甲基二烯丙基氯化铵共聚得到高分子质量聚合物二甲基二烯丙基氯化铵／丙烯酰胺共聚物(PDMDAAC／AM)[7]，更有利于聚合物在纤维上的缠绕，提高抗静电效果的耐久性。同时，PDMDAAC／AM合成工艺成熟，价格低廉，已经广泛应用于石油、采矿、造纸、水处理、日化等方面，但在纺织品上的应用较少。
本文使用PDMDAAC／AM共聚物对涤纶织物进行抗静电整理，采用焙烘和烘干2种不同整理工艺，研究其对涤纶织物抗静电性能的影响。利用接触角测试仪、扫描电镜、x射线光电子能谱对整理后涤纶织物的表面结构进行表征，研究该类聚合物对涤纶织物抗静电性的影响。
1 实验部分
1.1 材料与设备
PDMDAAC／AM(法国SNF)其典型指标为：清澈、无色黏性液体，温和特征性气味，pH值5.0～7.0，总固含量8.0％～10.O％，黏度(25℃，RVT6#20 r／min)
7.5-15 Pa·S；纯涤纶府绸(线密度833 tex×11.11 tex，经纬密409根／10 Cm×327根／10 cm)。
P-AO型气压轧车，MINI-TENTER型连续式定型烘干机，烘箱，YG342L型织物感应式静电仪，LY-0l电子硬挺度仪，5610LV型扫描电镜仪，DSA 10-MK2液滴分析仪。
1-2 实验工艺
浸轧液处方：整理剂PDMDAAC／AM质量浓度为25 g／L。
焙烘工艺：织物→浸轧(室温，二浸二轧，轧余率为70％～75％)→预烘(8O℃，5 min)→焙烘(160℃，5 min)。
烘干工艺：织物→浸轧(室温，二浸二轧，轧余率为70％～75％)→烘干(80 ℃，10 min)。
耐久性测试工艺：试样的洗涤工艺参照FZ／T01042-1996{纺织材料静电性能静电电压半衰期的测定》标准附录中的洗涤工艺进行，具体为试样经40℃ 、2 g／L的合成洗涤剂(中性洗衣粉)溶液洗
涤5min，浴比1:30 ，换常温清水漂洗3次，每次2 min。为检测整理织物抗静电的耐久性，以上操作重复20次，80℃ 烘干测试。
1-3 织物性能测试
1.3.1 抗静电实验测试
抗静电性能按照FZ／T 01042-1996(纺织材料静电性能静电电压半衰期的测定》方法测定。
1.3.2 接触角测试
接触角的测试在DSA 10-MK2液滴分析仪(Kruss公司，德国)上进行。实验所用液滴体积为5 L。测试在25 ℃，65％ 相对湿度下进行。
1.3.3 织物硬挺度测试
织物硬挺度参照GB／T 18318～2001《纺织品织物弯曲长度的测定》方法测定。
1.3.4 SEM 测试
织物表面形貌测试在JSM-5610LV(日本JEOL)型扫描电镜仪上进行，测试条件为：加速电压5 kV，电流5 1TIA。
1.3.5 X射线光电子能谱分析
x射线光电子能谱在AXIS ULTRA DLD(Kratos公司)上进行，以单色Al Kα为x射线光源，功率为120 W，角分辨率为30。，分析室真空度为6.7×10-8 Pa，电荷效益引起的结合能偏差通过样品表面C1 S峰(284.8 eV)进行校正。
2 结果与讨论
2.1 PDMDAAC／AM 对织物性能的影响
使用PDMDAAC／AM做抗静电剂，采用焙烘和烘干2种工艺对涤纶织物进行抗静电整理，整理前后涤纶织物的抗静电性能如表1所示。由表可知：未经抗静电剂整理的涤纶织物其静电电压峰值高达757 V，半衰期为247 8；经过PDMDAAC／AM 抗静电整理后，涤纶织物的静电电压峰值和半衰期均大幅下降。其中，烘焙工艺整理后，涤纶织物的静电电压峰值为342 V，半衰期为1.2 s；烘干工艺整理后，涤纶织物的静电电压峰值为22 V，半衰期为0.6 s。这表明采用烘干工艺整理的涤纶织物具有更好的抗静电性能。这可能是由于不同的整理工艺会导致PDMDAAC／AM在涤纶织物表面附着的结构差异。
为了考察抗静电效果的耐久性，进一步测定皂洗20次后的涤纶织物的抗静电性。结果表明，2种不同工艺处理的涤纶织物的静电电压峰值均为380 V，半衰期分别为1.8 8和2.1 s。这表明洗涤20次后，PDMDAAc／AM整理涤纶织物仍然具有良好的抗静电性，即PDMDAAC／AM对涤纶织物的抗静电整理效果具有耐久性。
织物表面亲水性能反映织物抗静电性能的优劣，而织物表面的水接触角测试可以比较直观反映织物表面的亲水性。表2为抗静电整理前后涤纶织物表面的水接触角。
表1 整理前后涤纶织物表面的抗静电性能
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处理工艺 |
静电电压峰值/v |
半衰期/s |
皂洗20次后静电电压峰值/v |
皂洗20次后半衰期/s后 |
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未处理 |
757 |
247.0 |
/ |
/ |
|
焙烘工艺 |
342 |
1.2 |
380 |
1.8 |
|
烘干工艺 |
22 |
0.6 |
380 |
2.1 |
表2 整理前后涤纶织物表面的亲水性能
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处理工艺 |
接触角／(。) |
皂洗20次接触角／(。) |
|
未处理 |
112.6 |
/ |
|
焙烘工艺 |
0 |
0 |
|
烘干工艺 |
0 |
0 |
由表2可知，未整理涤纶织物的水接触角为112.6。，而经过PDMDAAC／AM整理的涤纶织物表面水接触角为0。，表表明PDMDAAC／AM对涤纶织物的抗静电整理可有效提高织物的亲水性。经过
20次皂洗后，涤纶织物表面水接触角仍然为0。，表明整理后涤纶织物具有良好的耐久亲水性。上述亲水性结果均侧面佐证了抗静电剂PDMDAAC／AM对涤纶织物具有很好的附着力。
织物处理前后的手感很重要，直接影响到织物的使用性，因此，进一步对织物的手感和抗弯长度进行测试，结果如表3所示。通过感观测试发现，经过烘干整理后的涤纶织物以及皂洗20次的涤纶织物具有很好的柔软性，但是烘焙烘整理后的织物手感较硬。抗弯长度的测定结果与手感测试结果相似。未整理涤纶织物的抗弯长度为4.27 cm，焙烘工艺整理后涤纶织物的抗弯长度为6.85 cm.明显高于烘干工艺整理的涤纶织物，这表明PDMDAAC／AM通过烘焙工艺整理后对织物的手感有较大的影响。皂洗20次后，涤纶织物的抗弯长度都有所下降，但是烘焙工艺整理后的抗弯强度为5,72，仍然高于烘干工艺。这种差异同样可能是源于不同工艺引起PDMDAAC／AM在涤纶织物上附着结构差异。
表3整理前后涤纶织物的手感
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整理方式 |
织物手感 |
抗弯长度/cm |
|
未整理 |
柔软 |
4.27 |
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烘焙工艺 |
较硬 |
6.85 |
|
烘干工艺 |
柔软 |
5,64 |
|
烘焙皂洗20次 |
柔软 |
5.72 |
|
烘干皂洗20次 |
柔软 |
4.33 |
2.2
PDMDAAC／AM对织物的作用分析
为了了解2种不同整理工艺对抗静电剂PDMDAAC／AM在涤纶织物表面的附着情况的影响，对整理前后的涤纶织物表面进行SEM测试.结果如图1所示。
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a)未整理涤纶织物 |
（b）烘干工艺整理的涤纶织物 |
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(c)烘焙工艺整理的涤纶织物 |
（d) 烘焙工艺整理后洗涤20次的涤纶织物 |
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图1
PDMDAAC／AM整理前后涤纶织物表面的扫描电镜图片 |
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未整理的涤纶织物表面比较光滑，整理后的涤纶织物表面明显附着有聚合物PDMDAAc／AM，这也解释了涤纶织物经PDMDAAC／AM整理后抗静电性能提高的原因。与烘干整理的涤纶织物相比，经烘焙整理后，涤纶织物表面比较粗糙。这表明经烘干和焙烘2种工艺整理后，PDMDAAC／AM在涤纶织物表面形成不同的结构。由文献[7]可知，在酸性条件下加热聚丙烯酰胺水溶液，其容易通过亚胺化反应而生成不溶于水的PAM 凝胶，因此，PDMDAAC／AM聚合结构中的丙烯酰胺在高温条件下也同样可以发生亚胺化交联反应(如图2所示)，这使得PDMDAAC／AM聚合物在涤纶织物表面形成交联的网状结构。而这种交联结构一定程度上导致涤纶织物表面粗糙，手感较硬，亲水性能下降，抗静电性能略有下降。采用烘干工艺整理后，涤纶织物表面比较光滑，但皂洗后织物表面仍然有聚合物残留，说明整理剂PDMDAAC／AM对织物具有很好的附着力和耐久性。
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图2 不同工艺整理后PDMDAAC／AM 在织物表面的结构变化示意图 |
PDMDAAC／AM 聚合物在涤纶织物表面附着的组成和结构变化可以通过图3所示的x射线光电子能谱进行分析。
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图3 静电剂整理前后涤纶织物表面N1S的XPS谱图 |
未整理的涤纶织物表面不存在N元素，PDMDAAC／AM抗静电整理后在涤纶织物表面出现2个N1 s的峰，其中401-402 eV的能谱峰来自于C-N 基团 ，酰胺基团的C-N基团的能谱峰主要出现在399 eV处 。这表明整理后PDMDAAC／AM吸附到涤纶织物表面。与烘干整理的涤纶织物表面相比，经焙烘整理后，酰胺基团在涤纶织物表面有所下降，这归因于酰胺基团在涤纶织物表面发生了交联。
3 结 论
PDMDAAC／AM在涤纶上的抗静电性能研究结果表明其对涤纶具有很好的抗静电性能和耐洗性。良好的抗静电性能主要来自于PDMDAAC／AM在涤纶织物表面的附着，但是分别采用烘干工艺和焙烘工艺整理后，涤纶织物表面的抗静电性能和手感有一定的差异。这是因为PDMDAAC／AM的酰胺基团在高温焙烘下发生交联。本文从结构角度对PDMDAAC／AM在涤纶织物抗静电性能进行分析。对PDMDAAC／AM在涤纶织物上的应用具有很好的指导作用。
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