弹力牛仔面料氯漂洗水过程中失弹机理的研究yd15507

田磊1，刘柳2，唐玉才1，甘厚磊2，陈玉波1，易长海2     1.广东省均安牛仔服装研究院，广东顺德528329；2.武汉纺织大学新型纺织材料绿色加工及其功能化教育部重点实验室，武汉430073

收稿日期：2012-03-22

作者：田磊(1983-)，男，硕士.

通信作者：易长海(1968-)，男，博士，教授，博士生导师.E-mail：ych@wuse.edu.cn

原载: 天津工业大学学报, 2012/6;

 

【摘要】在不同pH值条件下，对氨纶弹力牛仔面料进行氯漂洗水实验，并测试洗后的漂白效果、弹性伸长率和弹性回复率.结果表明：pH值越低，漂白速度越快，效果越明显，但是漂白不均匀；随着漂白液的pH值的降低，氨纶弹力牛仔面料的弹性伸长率呈现下降的趋势；弹性回复率也随pH降低而减小，但是在 pH小于3.98时，弹性回复率出现了一个不同程度上的增加，使得氨纶失去弹力；氨纶失弹的根本原因可能是氯水漂洗使聚氨酯大分子的软链段的C-C断裂而导致.同时探讨了3种解决氨纶牛仔面料失弹的方法.

【关键词】弹力牛仔面料；氯漂；弹性性能；失弹机理

【中图分类号】TS193.71；TS106.591 文献标志码：A 文章编号：1671—024X(2012)03-0048-04

 

近年来，含氨纶弹力织物在国内外市场上十分流行，发展迅速.由于这类产品具有较高的弹性和优异的回弹性能，手感柔软，穿着舒服并能体现出形体美，加上易吸汗不会产生静电，因而得到越来越多的应用.目前染整行业的科技人员都在探索研究含氨纶弹力织物染整加工技术的最佳条件[1-5]，但涉及弹力牛仔洗水失弹机理方面的研究还未曾报道.本文设计了在不同pH条件下用次氯酸钠漂白弹力牛仔的实验，探讨了氯漂后牛仔面料的漂白效果、弹性性能等，探讨氯漂过程中氨纶牛仔面料失弹的机理，并讨论了几种防止氯漂氨牛仔面料失弹方法。

1  实验部分

1.1  实验原材料

弹力牛仔面料(1.5％ 氨纶，98.5％棉)，顺德区嘉特威纺织有限公司提供；次氯酸钠，分析纯，天津市北方天医化学试剂厂生产；浓硫酸，分析纯，广州市东红化工厂生产；氢氧化钠，化学纯，天津市永大化学试剂研发中心生产；草酸，化学纯，天津市永大化学试剂研发中心生产.

1.2  弹力牛仔面料氯漂洗水工艺

将退浆后的弹力牛仔面料在80 g／L的NaC10溶液中60℃漂洗90 min，然后在105℃烘干.退浆条件为,在46℃的溶液(NaOH 3g/L，30％双氧水2g/L)中洗20min.

1.3  性能测试

氯漂后弹力性能测定：弹性测试采用ASTMD3107-2003方法测试.其测试原理为：织物在一定张力作用下伸长.织物在去除张力的情况下回复。本实验根据测试方法选用I.8妇怯码，试样原规格为300mm×50mm，分别测最拉伸后lOs和30min的长度和去除张力后10s、30min和60min的长度，求出每个试样的伸长平均值.并求其伸长百分率计算出弹性伸长率和弹性回复率.每组实验测试10组以上。

残留液pH值测定：使用PHs-25实验精密pH计测量漂白前后漂白液的pH值.

红外光谱分析：采用美国Nicolex 20SX-B型红外光谱仪，试验条件：波长范围400-4000 cm-1，扫描64次，分辨率为4 cm-1。

2  结果与讨论

2.1  pH值对漂白程度的影响

次氯酸钠溶液成分比较复杂.在不同pH条件下的有效成分有很大的差别，在不同pH值条件下的溶液组成大致如下[6]：8.4以上主要成分NaOH、NaClO和NaC1；8.4～4.6主要成分NaOH、NaCl和HCl0；4.6以下主要成份HCl、NaCl和Cl2，在酸性和中性条件下(pH值≤6.96)，次氯酸钠的漂白效果比较明显，漂白速度较快；此结论与文献[2]中的结论是一致的，在酸性和中性条件下，漂白液中有效漂白成分分别是Cl2、HCl0和ClO，由此可知对靛蓝的漂白能力可能是Cl2>HCl0>ClO-,由图l可知，当pH≥8.94后布面漂白效果较均匀，而≤8.08时，漂白效果出观局部不均匀现象，pH越低漂白效果越不均匀，这就进一步说明随着pH值的降低漂白速度加快.同时也验征了此结论：在工业生产中，一般不在酸性或中性条件下进行漂白，因为此时的漂白速度太怏不容易控制。

2.2  pH值对氯漂后牛仔面料的弹性性能的影响

2-2.1    pH值对氯漂后牛仔面料弹性伸长率的影响

不同pH条什下氯漂后的弹性伸长率如表l和图2所示.由表可知，原样在10s和30min后的弹性伸长率分别为43.3％和41.6％。由图2可知经过氯漂后的弹力牛仔布的弹性伸长率都有不同程度的下降.并且随着处理溶液的pH值的降低而伸长之率减小得愈历害；这可能是因为在酸性条件下，氨纶的损伤程度逐渐的增大，而导致其弹性伸长率降低.同时在中性条件下，氨纶受损伤程度可能偏小，但是此时的棉纤维受到较严重的损伤[71，这可能是导致中性条件下弹性伸长率也下降的原因.同时由表1和图2可知，当pH值大于1O.93后，弹性伸长率基本趋于稳定，其伸长率的大小接近于原样，说明该条件下氨纶和棉织物基本上没有受到损伤。

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图1不同pH条件弹力牛仔面料的漂白效果图

*             

*               表l试样在不同pH条件下氯漂后的弹性伸长率

pH值

未漂洗

1.01

1.98

3.07

3.98

6.12

6.06

6.96

10min

43.3

17.0

18.7

22.3

21.0

22.0

27.7

29.0

30min

41.6

19.0

19.0

22.0

22.7

23.0

28.3

29.0

pH值

8.08

8.94

9.91

10.93

11.95

12.84

13.45

 

10min

30.7

35.0

34.7

41.0

39.7

41.0

41.3

30min

33.0

35.3

35.3

42.0

40.3

42.3

42.7

 

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图2不同pH条件下氧漂后牛仔面料的弹性伸长率变化趋势

由图2可知，拉伸10 S和30 min的弹性伸长率随pH值的变化规律基本上是相似的.pH值≤10.93条件下，随着pH值的减小，弹性伸长率减小；pH值大于10.93后基本趋于稳定.这说明对不同pH值条件处理后的棉弹织物，拉伸时间的长短对弹性性能的变化趋势是一致的.但是由图2还可发现，在相同pH值条件下，拉伸30 min后的弹性伸长率均稍大于拉伸10 S后的值，这可能是拉伸30 min后棉弹织物得到了充分伸长的缘故.

2.2.2  pH值对氯漂后牛仔面料弹性回复率的影响

不同pH条件下氯漂后的弹性回复率如表2和图3所示.

表2 试样在不同pH条件下氯漂后的弹性回复率

pH值

未漂洗

1.O1

1.98

3.07

3.98

5.12

6.06

6.96

10 s

8O

32

34

42

35

36

61

66

30 min

87

47

45

51

39

39

61

69

60 min

91

55

48

54

43

42

67

72

pH值

8.08

8.94

9.91

 10.93

11.95

12.84

13.45

 

10 S

77

78

80

85

90

91

89

30 min

79

80

81

85

91

94

90

60 min

84

82

83

87

92

94

91

 

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图3 不同pH值条件下氯漂后牛仔面料的弹性回复率变化趋势

由表2可知，原布样在拉伸10 s、30 min和60 min后的弹性回复率分别为80％、87％和91％.当pH≥5.12时，3种不同拉伸时间下，弹性回复率都随着pH值的升高而增大，这一结果与图2的结论相同.但是当pH值在1.01到5.12之间的时候，3种不同拉伸时间下的回复率均在pH为3.07处出现一个较大值，并且当拉伸时间为30 min和60 min时，pH值降低反而其弹性回复率升高，这一结果与拉伸伸长率的变化趋势也基本一致，这说明随着pH值进一步的降低时，弹性性能有一定程度上的回复.因此使氨纶失弹即改变其分子结构的主要因素是HCIO.同时从图3可知，拉伸时间越长其对应pH值条件下的回复率越大，可能是因为当棉弹面料被拉伸时间越长时候，被拉伸的伸长倍数越大，回复率也越大，同时这也说明了此条件下的氨纶并没有完全失去弹力。

2.3    氨纶氯漂后的红外光谱分析

图4是pH值在1.01、6.96、13.45条件下经漂洗处理后氨纶的红外光谱图.

image013.gif

图4  3种不同pH条件下漂洗处理后氨纶的红外光谱图

由于氨纶的红外光谱相当复杂，存在许多吸收峰.它的主要特征峰在1 100 cm-1处，在此波长下有一个强的吸收峰，这是脂肪醚键(C-O-C)的伸缩振动，1 695 cm-1和1 538 cm1处的峰是-O-CONH和C=O的伸缩振动，3 500～3 200 cm-1处的峰是缔合-NH的伸缩振动，这结果与文献[7]报道是一致的.

image015.gif

图5 聚醚型聚氨酯的分子结构

图5为聚醚型聚氨酯的分子结构图，从其红外特征峰可知所用氨纶为聚醚型聚氨酯.同时由图4可知，在pH为1.01和6.96的时候，在747 cm-1处出现了1个新的特征峰，经查知它是C-Cl的伸缩振动 .而且经观察可知，此条件处理后的氨纶变成黄色、变脆且强度下降.这种现象的产生可能是因为漂白液产生活性氯原子使得氨纶发生了降解，由于聚氨酯大分子硬链段具有结晶度高的特点以及产生横向交联，硬链段分子相互有序排列，结构较规整紧密，活性氯原子不易进入内部，但是容易进入规整性较差、结构较疏松的软链段，导致软链段的C-C键发生断裂.

2.4  防止氯漂失弹方法的探讨

2.4.1  从氨纶本身的结构出发

通过上述分析可知，在氨纶生产的过程中要加入一定量添加剂，使得添加剂与聚氨酯大分子的软链段形成一种螯合物，保护软链段免受活性氯原子的攻击，从而提高其耐氯漂性能.

2.4.2  从工艺上进行调整

由上述分析可知，氨纶弹性性能降低与漂洗液的pH值有着密切的关系，同时本研究还测试了一组漂洗后残留液的pH值，如表3所示.

表3 氯漂前后溶液的pH值

氯漂前

1.04

1.98

3.07

3.98

5.12

6.06

6.96

氯漂后

1.48

1.70

1.75

2.15

2.54

3.33

5.58

氯漂前

8.08

8.94

9.91

10.93

11.95

12.94

13.45

氯漂后

6.00

6.18

6.24

9.30

10.56

10.68

10.96

由表3可知，漂洗处理后，残留液的pH值都有不同程度上的降低(第一组除外)，因此为了控制氨纶的失弹率在一个较小的范围波动，必须在生产的过程中，适时监控漂白液的pH值，然后添加pH值缓冲剂调节到一个较稳定的范围之内，从而达到避免过多失弹的结果.

2.4.3  新型的弹力纤维替代品

寻找一些具有耐氯性能强的新型弹力纤维来代替氨纶，如T400弹力纤维、PPT高弹丝等，从而避免氯漂带氨纶面料失去弹力的情况.

3  结论

(1)氯漂氨纶弹力牛仔面料时，漂白液的pH值越低，漂白速度越快，漂白效果明显，但易导致漂白效果不均匀.

(2)随着漂白液的pH值的降低，氨纶弹力牛仔面料的弹性伸长率呈现下降的趋势；弹性回复率也随pH降低而减小，但是当pH小于3.98时，弹性回复率出现了不同程度上的增加，这可能是由于氯水中的有效成分HCIO使得氨纶失去弹力的结果.

(3)经弹力牛仔面料氯漂后氨纶的红外光谱图可知，氨纶失弹的根本原因可能是由于聚氨酯大分子的软链段的C-C断裂而导致.

(4)从氨纶的分子结构调整、工艺的实时监控与调整以及寻找新的弹力纤维代替氨纶三个方面探讨了解决氨纶失弹的方法.

参考文献：

[1]黄德强，蔡如月，邱正和，等.棉氨纶弹力织物的前处理工艺[J].印染，2006(13);13-17.

[2] 郑有成.棉／氨纶弹性织物染整工艺[J].纺织导报，2002(2);53-54.

[3] 成中平.氨纶弹力色织物后整理工艺的探讨[J].山东纺织科技，2008(5);40-42.

[4] 李瑶君，陈大俊，廖威，等.氨纶氯水降解及耐氯机理的探讨 合成纤维工业，1996(4);27-30.

[5] 陈海平，汪杰，涂根国，等.聚氨酯纤维的氯损研究[J].辽宁化工，2007(12);805-806.

[6] PETER M，ROUETrE H K.Grundlagender textile veredlung[J].Deutscher Fachverlage，1989(462)：145-146.

[7] 阎克路.染整工艺学教程第一分册[M].北京：中国纺织出版社，2005：111