滌綸織物的親水改性及性能研究

滌綸織物的親水改性及性能研究

絲綢是世界上最大、應(yīng)用最廣泛的成套材料。目前，世界上同量纖維產(chǎn)量已占總排放量的60%以上。用于服裝材料、床單、各種裝飾材料、國(guó)防和軍工具體等紡織材料和其他工業(yè)纖維材料，如過(guò)濾材料、絕緣材料、車(chē)輪窗、傳送帶等。滌綸對(duì)伸長(zhǎng)、壓縮、彎曲等形變的恢復(fù)能力與羊毛接近,具有彈性好,強(qiáng)度高,耐熱性好,耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用低溫等離子體處理滌綸織物,能使纖維表面產(chǎn)生活性自由基,形成親水中心,提高織物的吸濕性能本文以聚乙二醇為接枝聚合單體,研究了不同分子質(zhì)量、不同濃度聚乙二醇1000、不同氬等離子體處理?xiàng)l件對(duì)提高滌綸織物親水性能的影響,通過(guò)靜電探針測(cè)定等離子體處理時(shí)的電子密度和電子溫度,分析等離子體作用機(jī)制,采用液態(tài)水分管理系統(tǒng)(MMT)測(cè)試改性織物的潤(rùn)濕性能,探討了聚乙二醇對(duì)滌綸改性的反應(yīng)機(jī)制,并對(duì)親水改性效果的耐久性進(jìn)行了測(cè)定。1實(shí)驗(yàn)部分1.1聚聚乙二醇純滌綸斜紋織物,密度為216.5根/10cm×134根/10cm,線(xiàn)密度為83.3dtex×166.7dtex,面密度為150g/cm聚乙二醇200、聚乙二醇600、聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000(天津市瑞金特化學(xué)品有限公司),氬氣(≥99.99%)(北京誠(chéng)為信氣體銷(xiāo)售中心)。1.2儀器、試藥和檢測(cè)方法HD-2型冷等離子體改性設(shè)備,常州世泰等離子體技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司;MMT液態(tài)水分管理系統(tǒng),SDLATLASLtd;靜電探針自動(dòng)測(cè)量?jī)x,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);JSM-6360SEM掃描電子顯微鏡,日本電子;OC20ContactAnglesystem,德國(guó)Dataphysicc公司;SOT2-24常壓染色振蕩器,東成染色機(jī)械廠(chǎng)有限公司;JA5003電子天平,上海天平儀器廠(chǎng),Whirpool標(biāo)準(zhǔn)洗衣機(jī)和Whirpool標(biāo)準(zhǔn)烘干機(jī),美國(guó)Whirpool公司。1.3等離子體處理?xiàng)l件滌綸織物→振蕩浸漬單體(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%~30%,25℃,1h,浴比為1∶30)→晾干→等離子體處理→水洗2次(皂粉2g/L,95℃,5min,浴比為1∶30)→熨平→平衡24h(溫度為(20±1)℃、濕度為(65±2)%)→測(cè)試。等離子體處理?xiàng)l件為:功率20~300W;時(shí)間0.5~5min;壓強(qiáng)10~80Pa。1.4織物表面潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)1)電子密度(N2)潤(rùn)濕性能測(cè)試。采用液態(tài)水分管理系統(tǒng)(MMT),參照AATCCTestMethod79—1979,可測(cè)得織物上下表面的潤(rùn)濕時(shí)間、最大吸水率、最大潤(rùn)濕半徑、液態(tài)水分?jǐn)U散速率、累積單向傳遞指數(shù)、整體水分管理指數(shù)。本文僅選用織物上表面的潤(rùn)濕時(shí)間和液態(tài)水分?jǐn)U散速率來(lái)評(píng)價(jià)織物表面潤(rùn)濕性。評(píng)定等級(jí)分為5級(jí),1級(jí)最差,5級(jí)最優(yōu)。3)耐久性測(cè)定。參照GB/T8629—2001《試驗(yàn)用家庭洗滌和干燥程序》,程序采用4A:洗滌總負(fù)荷為(2±0.1)kg,標(biāo)準(zhǔn)皂粉用量為(66±1)g,洗滌溫度為(50±3)℃,洗滌時(shí)間為15min,經(jīng)清洗、脫水、烘干,為1次洗滌。2結(jié)果與討論2.1聚乙二醇的用量聚乙二醇是一種理想的親水性表面活性劑,它有類(lèi)似海藻的鏈結(jié)構(gòu),具有水溶性、柔順性等特性,對(duì)水則有較低界面能,可以很好地增加材料表面的親水性。表1、2分別示出不同聚乙二醇單體及聚乙二醇1000質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)織物潤(rùn)濕性能影響。從表1中數(shù)據(jù)可知,滌綸織物經(jīng)過(guò)不同分子質(zhì)量的聚乙二醇(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%)處理后,織物的親水性能差異很大,但均比未處理的織物有了很大的提高。由于聚乙二醇分子質(zhì)量的不同使配制的溶液黏度不同,導(dǎo)致分子間空間位阻不同,在等離子體作用下與滌綸的反應(yīng)活性也不一樣,改性后織物的親水性能產(chǎn)生差異,當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量為1000時(shí),處理后的滌綸織物的潤(rùn)濕性能最好,潤(rùn)濕時(shí)間達(dá)到4.5級(jí),擴(kuò)散速率達(dá)到5級(jí),因此選擇聚乙二醇1000作為研究對(duì)象。由表2的數(shù)據(jù)可以看出,隨著聚乙二醇1000質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高,處理后滌綸織物的潤(rùn)濕時(shí)間不斷下降,織物表面的擴(kuò)散速率則基本上維持在6mm/s左右。當(dāng)聚乙二醇1000質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到5%時(shí),潤(rùn)濕時(shí)間達(dá)到4.5級(jí),織物表面的擴(kuò)散速率達(dá)到5級(jí),可見(jiàn)等離子體處理引發(fā)改性后滌綸織物的潤(rùn)濕性達(dá)到較好的效果,繼續(xù)增加質(zhì)量分?jǐn)?shù),潤(rùn)濕時(shí)間和擴(kuò)散速率不再繼續(xù)發(fā)生明顯的變化,因此聚乙二醇1000預(yù)處理的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%較適宜。2.2織物潤(rùn)濕時(shí)間等離子體處理功率對(duì)織物潤(rùn)濕性能的影響結(jié)果見(jiàn)表3。可以看出,隨著等離子體處理功率的增加,電子密度隨之提高,即高能粒子數(shù)增加,電子溫度則隨之下降。處理后滌綸織物的潤(rùn)濕時(shí)間不斷減少。吸附在滌綸纖維表面的聚乙二醇在等離子體產(chǎn)生的高能粒子的碰撞下,生成自由基,這些自由基與滌綸大分子在等離子體作用下產(chǎn)生的—CH當(dāng)處理功率為50W時(shí),織物的潤(rùn)濕時(shí)間為3.5s,織物表面水分的擴(kuò)散速率為6.5mm/s,繼續(xù)增大功率,潤(rùn)濕時(shí)間減少的空間很小,擴(kuò)散速率也基本保持不變,因此聚乙二醇1000接枝改性處理時(shí),低溫等離子體處理功率選擇50W。2.3高能粒子數(shù)對(duì)接枝反應(yīng)的影響等離子體處理時(shí)間對(duì)織物潤(rùn)濕性的影響見(jiàn)表4。數(shù)據(jù)表明,延長(zhǎng)等離子體處理時(shí)間有利于滌綸織物潤(rùn)濕性能的提高。隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng),雖然電子密度和電子溫度沒(méi)有顯著變化,但由于累計(jì)參與引發(fā)接枝聚合反應(yīng)的高能粒子數(shù)增加,接枝反應(yīng)隨時(shí)間增加而增加。由電鏡照片(見(jiàn)圖3)可知:處理0.5min后纖維表面出現(xiàn)微量的接枝反應(yīng)產(chǎn)物,隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)纖維表面的接枝反應(yīng)產(chǎn)物明顯增多;當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到3min后繼續(xù)延長(zhǎng)等離子體處理時(shí)間,纖維表面的生成物不再繼續(xù)增多,此時(shí)織物的潤(rùn)濕時(shí)間和擴(kuò)散速率基本保持不變,潤(rùn)濕性能也不再隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)而繼續(xù)改善。由圖4可看到未改性前織物表面接觸角為127.7°,經(jīng)等離子體處理3min后,接枝反應(yīng)引入了親水性基團(tuán),織物表面接觸角為0°,因此,等離子體處理時(shí)間應(yīng)為3min。2.4織物潤(rùn)濕時(shí)間等離子體處理壓強(qiáng)對(duì)織物潤(rùn)濕程度的影響見(jiàn)表5。由表中數(shù)據(jù)可知,等離子體處理時(shí)壓強(qiáng)增加,電子密度增加,處理后織物的潤(rùn)濕時(shí)間縮短,親水性提高。由于接枝聚合反應(yīng)取決于等離子體放電時(shí)高能粒子的數(shù)量,因此等離子體的電子密度增加,有利于接枝反應(yīng)進(jìn)行,處理后織物的潤(rùn)濕時(shí)間隨之減小,當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到30Pa以后,電子密度增加不再顯著,滌綸織物的潤(rùn)濕時(shí)間達(dá)到2.9s(5級(jí)),不再隨壓強(qiáng)的增大顯著降低,因此壓強(qiáng)選擇30Pa為宜。2.5潤(rùn)濕時(shí)間及擴(kuò)散速率將滌綸織物經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙二醇1000預(yù)處理,然后經(jīng)氬等離子體處理(50W,3min,30Pa),測(cè)定織物洗滌1、5、10次后的潤(rùn)濕時(shí)間和擴(kuò)散速率,結(jié)果見(jiàn)表6。數(shù)據(jù)表明,親水改性后織物經(jīng)5次洗滌后仍保持良好的親水效果,這是接枝反應(yīng)的結(jié)果,但10次洗滌后略有下降。3等離子體處理能力1)氬等離子體引發(fā)聚乙二醇接枝反應(yīng)能顯著提高滌綸織物的吸濕性能,相對(duì)而言聚乙二醇1000效果最好,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%較適宜。2)影響氬等離子體引發(fā)