棉织物的溶胶-凝胶法拒水整理研究rz-081031-3
李懋, 王潮霞 江南大学生态纺织教育部重点实验室,江苏无锡214122
收稿日期:
2007-12-03
作者简介:李懋(1983-),女,湖南益阳人,在读硕士,主要从事溶胶-凝胶技术在纺织品功能整理中的应用研究。
原载:印染2008/8-10
网上来稿：zhanyizhen，2008/10/31
【摘要】 采用正硅酸乙酯(TEOS)为前躯体,乙醇为溶剂,盐酸为催化剂制备硅溶胶,并加入添加剂对棉织物进行改性;测试整理后织物的拒水性能,以及织物的手感、透气性、断裂强力和染色性能的变化。结果表明,溶胶拒水整理略降低织物的透气性和手感,而断裂强力有所提高;直接染料染色织物拒水整理后,色光略有变化,颜色加深,牢度基本不受影响。
【关键词】防水整理; 溶胶; 凝胶; 助剂; 棉织物
【中图分类号】TS195157 文献标识码: A 文章编号: 1000-4017(2008)08-0008-03
0 前言
溶胶-凝胶法是指金属有机或无机化合物依次经溶液、溶胶、凝胶状态而固化,再经热处理形成氧化物或其它化合物固体的方法。利用溶胶2凝胶技术可以在各种纺织品上形成透明、粘附性强的金属或非金属氧化物薄膜。经化学或物理改性后的纳米溶胶可很大程度地改变织物的性能,生产出具有更好服用性能的织物,如疏水、疏油织物,光学改性织物等[1～3]。例如,用TiO2 水溶胶处理纯棉织物,可在其表面形成一层无机氧化物薄层,改变织物表面的化学结构,呈现出一定的拒水性[4,5];将纳米颗粒填充改性有机硅溶胶应用于羊毛织物,赋予其防毡缩性和拒水性[6]。
本试验采用溶胶2凝胶法进行棉织物拒水整理,探讨了不同疏水链硅氧烷作为添加剂对拒水性能的影响;分析了拒水整理后棉织物透气性、手感、断裂性能、染色深度和色牢度等的变化。
1 试验
1. 1 材料和药品
织物14.76tex×14.76tex 539根/10cm×283根/10cm纯棉漂白机织物
试剂 直接大红4BS,直接湖蓝5B,直接冻黄GCA (无锡迈特丝纺织化工有限公司);无水乙醇,盐酸(国药集团上海化学试剂公司);正硅酸乙酯(南京旋光科技有限公司,以上均为分析纯);甲基三乙氧基硅烷(MTEOS),辛基三乙氧基硅烷(OTEOS)(湖北应城德邦化工有限公司);十六烷基三甲氧基硅烷(HTEOS)(张家港国泰华荣化工有限公司)。
1. 2 仪器
YG461A 织物透气量仪(宁波纺织仪器厂);YG026A断裂强力测试仪(常州市第二纺织机械厂);DSA100
视频光学接触角测量仪(瑞士华嘉有限公司); KES FB222AUTO2A 自动纯弯曲试验仪; X2Rite 8400测色配色仪(美国爱色丽公司);
Y571L摩擦牢度试验仪(莱州市电子仪器有限公司); SW28型耐洗色牢度仪(宁波纺织仪器厂); P2130轧车(台湾瑞比试色机有限公司)。
1. 3 溶胶的制备
将一定量的乙醇、正硅酸乙酯(TEOS)和水按摩尔比(乙醇∶TEOS∶水=8∶1∶5)混合,并加入一定量的0.01
mol/L盐酸(作催化剂),在振荡水浴锅上于65℃振荡6h,然后分别滴加不同浓度的甲基三乙氧基硅烷(MTEOS)、辛基三乙氧基硅烷(OTEOS)、十六烷基三甲氧基硅烷(HTEOS)
,于室温下充分搅拌至均匀。
1. 4 染色工艺
室温入染(浴比1∶30)→60℃染45min→水洗→烘干
1. 5 拒水整理
将纯棉漂白机织物和直接红、直接黄、直接蓝染色棉织物,二浸二轧拒水溶胶(轧液率为60%～80%);然后于90℃烘干,并在160℃焙烘2min;待测。
1. 6 接触角的测定
以水滴在固体表面的平衡为基本原理,将织物剪取适宜大小置于载物台上,将水滴滴在平整织物的表面,保持20
s,拍下此过程液滴在织物表面的形态,然后测量其静态接触角。
1. 7 断裂强力的测定
根据GB /T 3923. 1—1997《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》,在YG026电子织物强力机上测定溶胶整理后织物的断裂强力。
1. 8 透气性的测定
根据GB /T 5453—1997《纺织品织物透气性的测定》,选择适当的气嘴,测定在一定压力差下单位时间内通过织物的空气量,从而求得织物的透气性能。
1. 9 手感的测定
采用KES FB222AUTO2A 自动纯弯曲实验仪测量扯去边纱的20cm×20cm的整理试样,记录其弯曲刚度和弯曲滞后矩。
1. 10 染色织物颜色性能的测定
采用X2Rite 8400测色配色仪,测定染色后织物的K/S值和L’、a’、b’值。
1. 11 摩擦牢度的测定
按GB/T 3920—1997《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》,用X2Rite
8400测色配色仪进行沾色评级。
1. 12 皂洗牢度的测定
按GB /T 3921. 3—1997《纺织品色牢度试验耐洗色牢度:试验3》,用X2Rite
8400测色配色仪进行评级。
2 结果与讨论
2. 1 添加剂浓度与疏水链长度对拒水性能的影响
为了考察不同添加剂在不同浓度下对整理织物拒水性能的影响,选择甲基三乙氧基硅烷(MTEOS)、辛基三乙氧基硅烷(OTEOS)、十六烷基三甲氧基硅烷(HTEOS)等三种添加剂,分别以0. 5%、1%、2%、3%、4%
(owf)浓度进行试验,测量接触角,结果见图1和图2。
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图1 添加剂浓度对整理织物拒水性能的影响 |
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图2 添加剂种类对整理织物拒水性能的影响 |
图1和图2中,用不含添加剂的溶胶处理织物,接触角仅为86.73°;以MTEOS为添加剂,当浓度达到4%时,接触角仍较小;以OTEOS为添加剂(疏水碳链长8),浓度增至1%的过程中接触角无明显提高,当浓度继续增加,接触角可提高到110.82°;以HTEOS为添加剂(疏水碳链长16),浓度为0.5%时,接触角即可达139.80°。由此可知,随着添加剂疏水碳链长度增加,溶胶处理织物的拒水性能随之提高。其原因可能是疏水碳链长度增加,有更长的疏水链覆盖在织物表面,从而增强了织物的拒水效果。
2. 2 溶胶-凝胶处理对织物拉伸断裂性能的影响
为分析棉织物处理后断裂性能的变化,测量了处理前后棉织物的断裂强力与断裂延伸率,结果见表1。
表1 织物处理前后的断裂强力和断裂延伸率
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棉织物 |
断裂强力/N |
断裂延伸率/% |
||
|
经向 |
纬向 |
经向 |
纬向 |
|
|
未处理 |
499 |
145 |
7.2 |
8.5 |
|
处理后 |
567 |
150 |
7.8 |
9.0 |
由表1知,织物的拒水处理较大程度提高了织物的断裂强力,而对断裂延伸率的影响不大。这主要是因为处理后织物表面存在网状结构,分子间作用力增强,当受外力作用时,分子链或结构单元间的相对滑移趋势降低,纤维强度增大,从而提高了织物的断裂强力,而对断裂延伸率的影响不大。
2. 3 溶胶-凝胶处理对织物透气性的影响
为考察拒水整理后织物透气性的变化,测量了处理前后棉织物的透气性,结果如图3所示。
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图3 织物处理前后的透气性能 |
由图3 可知,拒水整理后,织物的透气性稍有降低。其原因可能是处理织物表面形成一层三维网状结构膜,封闭了纤维之间的缝隙,从而导致织物的透气性略有降低。
2. 4 溶胶-凝胶处理对织物手感的影响
织物经拒水整理后,手感会发生变化,可通过风格仪测量其弯曲性能。弯曲性能由弯曲刚度和弯曲滞后矩来反映织物的变形能力及变形恢复能力。弯曲刚度越小,表示手感越柔软;弯曲滞后矩越小,表示织物手感越活络有弹性。结果如图4和图5所示。
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图4 织物处理前后的弯曲刚度 |
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图5 织物处理前后的弯曲滞后矩 |
从图4和图5可知,经拒水整理织物的经向和纬向弯曲刚度和弯曲滞后矩都稍大于未处理织物,说明处理后织物柔软度有所下降,手感稍差。其原因可能是织物表面形成一层三维网状结构薄膜,使其表面略变硬所致。
2. 5 溶胶-凝胶处理对织物颜色性能的影响
分别测试织物处理前后的K/S、L’、a’、b’值(表2)。
表2 溶胶处理前后织物的颜色性能
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直接红 |
直接黄 |
直接蓝 |
|||
|
未处理 |
处理后 |
未处理 |
处理后 |
未处理 |
处理后 |
|
|
K/S |
14.54 |
16.74 |
1.16 |
1.83 |
7.73 |
9.39 |
|
L’ |
41. 99 |
41.43 |
76.80 |
75.23 |
41.18 |
37.54 |
|
a’ |
53. 43 |
54.25 |
20.91 |
21.47 |
6.38 |
4.50 |
|
b’ |
27. 80 |
30.20 |
40.34 |
41.09 |
28.18 |
28.00 |
从表2可知,拒水整理后,织物的K/S 值普遍增大,颜色加深; L’值略有下降,即明度下降,颜色偏暗;a’、b’值稍有上升,说明其颜色偏红和黄。其原因可能是硅溶胶在织物表面形成三维网状结构,对染料分子起固着作用, 使其颜色明显加深, 而色光则略微改变。
2. 6 溶胶2凝胶处理对织物色牢度的影响
染色织物拒水处理前后色牢度的变化见表3。
表3 溶胶2凝胶处理前后织物的色牢度/级
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直接红 |
直接黄 |
直接蓝 |
||||
|
未处理 |
处理后 |
未处理 |
处理后 |
未处理 |
处理后 |
||
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干摩擦牢度 |
经 |
4～5 |
4～5 |
4～5 |
4～5 |
4～5 |
4～5 |
|
纬 |
4～5 |
4～5 |
4～5 |
4～5 |
4 |
4～5 |
|
|
湿摩擦牢度 |
经 |
2 |
2 |
3 |
4 |
3 |
3 |
|
纬 |
2 |
2 |
3 |
3～4 |
3～4 |
3～4 |
|
|
沾色牢度 |
1 |
1 |
2 |
2～3 |
1 |
1 |
|
|
褪色牢度 |
2～3 |
2 |
1～2 |
1～2 |
2～3 |
2 |
|
由表3可知,拒水整理对织物的干摩擦牢度影响不大,而湿摩擦牢度有所提高,特别是直接黄染色织物,其经向湿摩擦牢度可提高1级。说明溶胶-凝胶处理不影响摩擦牢度,个别染料的牢度还有所提高。直接黄染色织物的沾色牢度可提高半级,另两种染料基本不变,而褪色牢度有所下降。可见,拒水整理在织物表面形成的膜,能将染料固着在织物表面,使其不易脱离,且不会影响牢度。
3 结论
(1)棉织物经溶胶2凝胶处理后, 其接触角可达139.80°,具有拒水性能。随着添加剂疏水碳链长度和用量的增加,拒水性能提高,使用十六烷基三甲氧基硅烷(HTEOS)且浓度为4%时,拒水性能最好;拒水整理稍降低了织物的透气性和手感,但断裂强力有所提高。
(2)溶胶-凝胶处理形成的三维网状结构可将染料固着在织物表面,使其不容易脱离。直接染料染色织物处理后,色光略有变化,颜色加深,对色牢度无不良影响。其中直接黄经向湿摩擦牢度可提高1级,沾色牢度可提高半级。
参考文献:
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