反应型受阻胺类紫外线吸收剂的应用性能研究zj-080910-5

沈华1， 郭玉良1,2， 杨勇1， 朱泉1， 石碧2， 龚军3  1. 东华大学生态纺织教育部重点实验室, 上海201620； 2. 四川大学皮革化学与工程教育部重点实验室,四川成都610065； 3. 广东德美精细化工股份有限公司, 广东佛山528305

收稿日期：2007-08-13

基金项目：长江学者和创新团队发展计划资助项目(No.IRT0526)

作者简介：沈华(1980-),男,山东省淄博市人,在读硕士,主要从事纺织品功能后整理助剂的研究与开发.

通讯简介：郭玉良(1976-),男,讲师,博士.

原载：印染助剂,2008/4；19-22

网上来稿：zhanyizhen，2008/9/10

 

【摘要】 以三聚氯氰、受阻胺哌啶醇和多元胺磺化物为原料合成了一种反应型受阻胺类紫外线吸收剂,并利用红外光谱(IR)和紫外光谱(UV)对其结构和紫外吸收特征进行了初步表征.通过正交实验得到了紫外线吸收剂的优化整理工艺,即浴比1∶15,55 ℃反应20 min,元明粉用量40 g/L,纯碱用量20 g/L,90 ℃固着处理30 min.整理后织物应用性能测试表明:制备的紫外线吸收剂具有优良的防紫外线性能和耐洗涤性能,经50 次洗涤后,织物的抗紫外指数保留率仍高于80%;当整理剂用量为10%(owf)时,整理后织物的日晒牢度可提高1 级左右;此外,整理前后织物的物理机械性能变化较小.

【关键词】 三嗪; 紫外线吸收剂; 抗紫外指数; 日晒牢度

【中图分类号】 TQ314.257 文献标识码: A 文章编号: 1004-0439(2008)04-0019-04

 

受阻胺类光稳定剂是20 世纪70 年代末研制开发出的一类新型光稳定剂,其效率是传统光稳定剂的2~3 倍.由于其独特的光防护性能,已受到了广泛关注,也是近二三十年来国内外研究最活跃的一类光稳定剂.[1]从20 世纪90 年代至今,国内外学者在受阻胺与紫外线吸收剂的并用方面有着大量的研究.[2- 7]目前,对于制备单一分子中同时含有受阻胺和紫外线吸收基团及反应活性基团的化合物并用于纤维素纤维抗紫外线整理的文献鲜有报道.本实验以三聚氯氰、受阻胺哌啶醇、多元胺磺化物为原料合成了一种受阻胺类紫外线吸收剂(紫外线吸收剂的三嗪环结构上含有活性氯,在一定条件下能与纤维织物分子结构中的羟基发生反应),并以其为整理剂对棉织物进行了功能整理.

1 实验

1.1 仪器与药品

UV1000F 型织物紫外透过率测试仪,美国LABSPHERE公司;U-3310 型紫外光谱分析仪,日本日立公司;Datacolor650 型电脑测色配色仪,美国Datacolor 公司;LFY-202 型电子织物多用强力测试仪,青岛山纺仪器有限公司;YG(B)461D 型织物透气仪数字式织物透气测量仪,温州大荣纺织仪器有限公司.

三聚氯氰受阻胺哌啶醇、多元胺磺化物、碳酸氢钠、氢氧化钠等化学药品均为化学纯试剂;

高密府绸:纱支C40×40,133×100,幅宽63″.

1.2 反应型受阻胺类紫外线吸收剂的制备

将22 份碳酸氢钠加入到400 份冰水中,缓慢加入一定量的受阻胺哌啶醇,搅拌后加入50 份三聚氯氰,0~5℃保温反应90~120min.用一定浓度的氢氧化钠溶液调节pH 至5~6,向反应体系中加入适量多元胺磺化物,然后升温至45~50℃,保温反应3~4 h,得到浅黄色粘稠液体,即受阻胺类紫外线吸收剂.未经进一步处理直接应用于织物抗紫外线整理.

1.3 反应性紫外线吸收剂整理工艺

以反应性紫外线吸收剂为整理剂,采用浸渍法对棉织物进行整理,工艺如下:

1.4 应用性能测试

抗紫外指数(UPF 值):按澳大利亚/新西兰AS/NZS4399- 1996 标准方法测试.耐洗性:参照日本标准JISL-0217 中103 方法执行,使用的洗涤剂按GB/T 8629 附录B 规定执行.日晒牢度:将整理前后的布样采用活性艳红M-8B 进行染色,浴比1∶20,升温速率1℃/min,染料用量0.2%(owf) 参照方法AATCC Test Method 16-2003 测试日晒牢度.毛效:将干燥后的试样在毛效仪上测试,记录去离子水在30min 内沿织物上升的高度,若液面参差不齐,取其最低点作为织物毛效.撕破强力:按GB/T 3917.1- 1997 测试.白度:采用GB 8425-1987标准方法测试.透气性:采用GB/T 5453-1997标准方法测试.

2 结果与讨论

2.1 反应型受阻胺类紫外线吸收剂红外吸收光谱

图1 反应型受阻胺类紫外线吸收剂的红外吸收光谱

由图1 可观测到自制紫外线吸收剂分子上各主要官能团的存在.3440cm-1 处吸收峰为仲胺(—NH—)的伸缩振动峰,3 210cm- 1 处吸收峰为羟基(—OH)的伸缩振动峰,3040cm-1 处吸收峰为—CH—的伸缩振动峰,1620cm-1、1470cm-1 处吸收峰为苯环骨架的伸缩振动峰,1220cm-1、1180cm-1 处吸收峰为偕二甲基的伸缩振动峰,1020cm-1 处吸收峰为磺酸基(—SO3)的伸缩振动峰,777cm-1 处C—Cl的伸缩振动峰.表明三嗪环中发生取代反应后仍然存在C—Cl键.

2.2 反应型受阻胺类紫外线吸收剂紫外吸收光谱

按照国际照明委员会的标准,紫外线分为三个区段,对紫外线的防护主要体现在对UV-B 区段射线的防护上.[8]

图2反应型受阻胺类紫外线吸收剂的紫外吸收光谱

由图2 可看出,自制紫外线吸收剂最大吸收波长出现在284 nm 左右,并在240~320 nm 范围内对紫外线有较强的吸收.该整理剂对UV-B 区紫外线防护效果显著,对UV-A 区射线的防护效果略差.

2.3 整理工艺正交实验

采用6 因素5 水平进行正交实验,结果见表1.

表1 正交实验结果表

实验号

反应温度/℃

反应时间/min

固着温度/℃

固着时间/min

元明粉用量/(g/L)

纯碱用量/(g/L)

UPF 值

1

50

20

75

20

20

10

33.51

2

50

25

80

25

25

15

37.69

3

50

30

85

30

30

20

42.43

4

50

35

90

35

35

25

43.54

5

50

40

95

40

40

30

41.95

6

55

20

80

30

35

30

43.42

7

55

25

85

35

40

10

40.42

8

55

30

90

40

20

15

45.51

9

55

35

95

20

25

20

41.43

10

55

40

75

25

30

25

41.31

11

60

20

85

40

25

25

42.51

12

60

25

90

20

30

30

40.78

13

60

30

95

25

35

10

34.36

14

60

35

75

30

40

15

43.43

15

60

40

80

35

20

20

39.62

16

65

20

90

25

40

20

43.95

17

65

25

95

30

20

25

40.44

18

65

30

75

35

25

30

39.43

19

65

35

80

40

30

10

37.39

20

65

40

85

20

35

15

38.64

21

70

20

95

35

30

15

40.39

22

70

25

75

40

35

20

40.96

23

70

30

80

20

40

25

40.39

24

70

35

85

25

20

30

36.74

25

70

40

90

30

25

10

38.89

K1

39.82

40.76

39.73

38.95

39.16

36.91

 

K2

42.42

40.06

39.70

38.81

39.99

41.13

 

K3

40.14

40.42

40.15

41.72

40.46

41.68

 

K4

39.97

40.51

42.53

40.68

40.18

41.64

 

K5

40.83

40.08

39.71

41.66

42.03

40.46

 

R

2.60

0.70

2.83

2.91

2.87

4.77

 

由表1 可知,在紫外线吸收剂用量10%(owf)的条件下,整理过程中影响织物UPF 值的因素由高到低的顺序为纯碱用量>固着时间>元明粉用量>固着温度>反应温度>反应时间;优化整理工艺为:浴比1∶15,55 ℃吸附反应20 min,90 ℃固着处理30 min,元明粉用量40g/L,纯碱用量20g/L.

2.4 紫外线吸收剂用量对织物UPF 值的影响

在优化整理工艺条件下,采用紫外线吸收剂对纯棉高密府绸进行抗紫外线整理,考察紫外线吸收剂用量对织物UPF 值的影响,结果见图3.

1-整理后UPF值; 2-原布的UPF值

图3 紫外线吸收剂用量对高密府绸UPF值的影响

依照澳大利亚和新西兰标准,以UPF 值评价织物抗紫外线效果时可分为3 个等级,即UPF 值15~24时织物的防护效果良好,介于25~39 时织物的防护效果很好,超过40 时,织物的防护效果极佳.[9]

由图3 可以看出,随着紫外线吸收剂用量的增加,整理后织物的UPF 值显著增加.对纯棉高密府绸而言,当整理剂用量达到7%(owf)时,织物UPF 即可达到40 以上.由此表明,制备的紫外线吸收剂是一种优良的抗紫外线整理剂,经其整理的棉织物具有极佳的紫外线防护性能.

2.5 不同整理剂用量下洗涤次数对织物UPF 值的影响

在优化整理工艺条件下,对用紫外线吸收剂整理的纯棉高密府绸进行皂洗,考察洗涤次数对织物UPF值的影响,结果见图4.

■原布●0次△10次▼20次◆30次⊙50次

图4 洗涤次数对高密府绸UPF值的影响

由图4 可以看出,紫外线吸收剂整理的纯棉高密府绸经10、20、30 和50 次洗涤后,其UPF值均稍有降低,但降幅较小,经50 次洗涤后UPF 值保留率仍在80%以上,由此表明制备的紫外线吸收剂具有优良的耐洗涤性能.由于制备的紫外线吸收剂本身含有能够与织物发生反应的活性基团,在整理工艺条件下该活性基团能够与棉纤维的羟基发生化学反应,从而与棉纤维牢固地结合在一起,使得整理后织物较好地保持了优异的抗紫外线性能.

2.6 紫外线吸收剂对织物日晒牢度的影响

在优化整理工艺条件下,采用紫外线吸收剂对纯棉高密府绸进行抗紫外整理,并对整理后布样和原布进行染色,测试布样的日晒牢度,以考察紫外线吸收剂对织物日晒牢度的影响,测试结果见表2.

表2  日晒牢度测试结果

紫外线吸收剂用量/(%)*

0

5

10

15

20

日晒牢度/级

1~2

2

2~3

2~3

2~3

注：* %(owf)

从表2中可以看出,原布的日晒牢度较低,这是因为光照对染料产生了影响.在紫外光的作用下,染料中的化学键发生变化甚至断裂,使得染料中发色基团和助色基团的结构遭到破坏,从而失去颜色;也可能在紫外线的照射下染料的立体结构发生改变,致使织物的颜色发生变化,导致织物的日晒牢度较低.[10-11]对于抗紫外整理后的布样,由于反应到织物上的受阻胺类紫外线吸收剂吸收了240~320nm 波段的紫外线,削弱了紫外线对染料的影响,因而其日晒牢度有了一定的提高.随着紫外线吸收剂用量的增大,日晒牢度提升效果增加明显;且当吸收剂用量达到10%(owf)时,其日晒牢度可以提升1 级左右.

2.7 紫外线吸收剂对织物物理机械性能的影响

在优化整理工艺条件下,采用紫外线吸收剂对纯棉高密府绸进行抗紫外整理,测试整理前后织物物理机械性能,结果见表3.

表3  整理前后织物物理机械性能

紫外线吸收剂用量/(%)*

毛效/[cm/30 min]

撕破强力/N

白度

透气率/(mm/s)

经向

纬向

5

7.50

6.23

9.24

70.10

43.75

10

7.40

6.76

8.32

70.80

43.50

注:整理前织物的毛效为8.60 cm/30 min,经向撕破强力为7.21 N,纬向撕破强力为9.64 N ,白度为71.00,透气率为46.75 mm/s.

由表3 数据可知,经制备的受阻胺类紫外线吸收剂整理后织物的各项物理机械性能均有所降低,但降幅较小,透气性略有下降.此外,当紫外线吸收剂用量从5%提高到10%后,整理后织物的物理机械性能除强力变化稍明显外,其他未发生明显变化.总体而言,整理前后织物的物理机械性能变化较小.

3 结论

(1)以三聚氯氰、受阻胺哌啶醇、多元胺磺化物为原料合成了一种自身带有水溶性基团和活性基团的反应型受阻胺类紫外线吸收剂.经紫外吸收光谱测试表明,该化合物对UV- B 区紫外线防护效果显著.

(2)制备紫外线吸收剂的优化整理工艺条件,即浴比1∶15,55 ℃反应20min,元明粉用量40g/L,纯碱用量20 g/L,90 ℃固着处理30min.

(3)自制紫外线吸收剂具有极佳的紫外线防护性能和优良的耐洗涤性能,随着其用量的增加,织物的UPF 值显著提高,且经50 次洗涤后,织物UPF 值保留率仍在80%以上.

(4)自制紫外线吸收剂能显著改善织物的日晒牢度,当吸收剂用量达到10%(owf)时,其日晒牢度可以提升1 级左右.

(5)物理机械性能测试表明,整理前后织物的毛效、撕破强力、白度和透气性等指标变化较小,表明制备的受阻胺类紫外线吸收剂是一只优良的反应型紫外线吸收整理剂.

 

参考文献:

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