防寒滌綸面料堿減量處理影響因素及對面料后整理效果的影響研究

黃志向，馬幫奎，劉小云

（1.志向集團向興紡織事業(yè)部，江蘇蘇州215288；2.特種功能高分子材料及其相關技術(shù)教育部重點實驗室，華東理工大學，上海200237）

防寒滌綸面料堿減量處理影響因素及對面料后整理效果的影響研究

黃志向1，馬幫奎1，劉小云2

（1.志向集團向興紡織事業(yè)部，江蘇蘇州215288；2.特種功能高分子材料及其相關技術(shù)教育部重點實驗室，華東理工大學，上海200237）

研究了堿減量處理中堿液濃度、處理溫度、處理時間以及促進劑等工藝條件對防寒滌綸面料減量率的影響。同時，還研究了堿減量處理對面料透氣性的影響，以及對其后的拒水拒油整理效果及耐洗滌性的影響。結(jié)果表明，隨堿液濃度提高、處理溫度增加、處理時間延長，面料的減量率和透氣性隨之提高，面料表面親水性和表面粗糙度增加，使織物在后整理中可獲得更好的拒水拒油性能和耐水洗性；但減量率不宜太高，在4%～6%左右較為合適；另外，使用陽離子表面活性劑作為堿減量處理的促進助劑，可降低堿的用量，達到既提高處理效率又降低成本的目的。

滌綸；織物；堿減量；透氣；后整理；耐洗滌性

堿減量處理是指使用氫氧化鈉等堿溶液來處理聚酯纖維面料，使之質(zhì)量減輕。滌綸堿減量處理是一個復雜的反應過程，主要反應為聚酯分子在堿催化下的多相水解反應，導致大分子鏈酯鍵斷裂，形成不同聚合度的水解產(chǎn)物。在堿減量處理過程中，面料表面的聚酯纖維因酯鍵水解而發(fā)生溶蝕，其結(jié)果導致面料中纖維及紗線間空隙增大，面料質(zhì)量減輕，從而獲得良好的透氣性、形變恢復性和柔軟性［1］。堿減量處理主要被用于仿真絲綢整理，以滌綸長絲為原料經(jīng)過堿減量處理和其它相應的加工，可達到仿真絲的手感、光澤、服用性能等各項指標要求，獲得酷似真絲綢的仿真效果［2］。

除了用于仿真絲綢整理外，堿減量處理也被用于對面料進行預整理，以獲得某些特別的表面效果。例如滌綸面料的吸濕性較差，堿減量處理可以賦予面料良好的透氣性，可以在一定程度上改善滌綸面料的穿著舒適性。

針對志向集團公司防寒面料研發(fā)中所要求的既具有良好的防寒效果，又有良好的透氣、透濕性能的面料特點，筆者研究了堿減量處理的工藝條件，及其對面料透氣性和隨后的拒水拒油整理效果的影響，為該種新型舒適防寒面料提供了依據(jù)。

1 實 驗

1.1 原料

面料：滌綸面料，經(jīng)絲為55 dtex／96 f，緯絲為55 dtex／144 f，F(xiàn)DY，組織結(jié)構(gòu)為破斜紋；

藥品：氫氧化鈉，分析純，購自上海凌峰化學試劑有限公司；

堿減量處理助劑A～C均為市售工業(yè)級產(chǎn)品，使用前在實驗室經(jīng)過提純處理，其中助劑A為烷基型季銨鹽陽離子表面活性劑，助劑B為環(huán)氧型季銨鹽陽離子表面活性劑，助劑C為雙烷基型雙季銨鹽陽離子表面活性劑；

所使用的拒水拒油整理劑為RUCO-GUARD AFR（以下簡稱RGA）也為市售工業(yè)級產(chǎn)品。

1.2 實驗方法

堿減量處理：準確稱取一定量的面料，按指定浴比配制處理液，并加入堿達到所需要的濃度，將處理液缸放入恒溫油浴中，加熱至所需要的溫度，平衡30 min，使處理液內(nèi)各處溫度均勻，然后放入面料進行一定時間的處理，取出面料后用80℃熱水淋洗除去表面附著的堿液和水解產(chǎn)物，再用60℃熱水洗10 min，最后用冷水洗至中性，晾干。上述過程中，處理液中堿的濃度、處理溫度及時間均根據(jù)實驗要求而確定，另外，如果文中沒有特別指出，筆者所使用的處理液的浴比均為1∶50。

拒水拒油整理：整理工藝流程為二浸二軋工藝，干燥與焙烘工藝為170℃時2 min，醋酸用量為7.5 g／L。

1.3 測試方法

減量率測定：

將減量處理前后的面料在110℃烘箱中干燥1.5 h，然后在硅膠干燥器中放置待其降至常溫后稱重，由處理前后的面料的質(zhì)量差計算減量率：

減量率（%）＝（面料失重／面料初始質(zhì)量）×l00%

透氣性測定：

使用YG-461E（南通宏大實驗儀器有限公司）數(shù)字式織物透氣性試驗儀測試。

拒水拒油性測定：

按4M-II-1988方法測定面料的拒水效果，一共分為10個級別，測試得到的級別越高說明拒水效果越好［3］；

按AATCC-118-1987標準測定面料的拒油效果，一共分為8個級別，測試得到的級別越高說明拒油效果越好［4］。

2 結(jié)果與討論

2.1 堿減量處理工藝條件對減量率的影響

2.1.1 堿濃度的影響

由于堿減量處理是利用堿與滌綸面料中聚酯發(fā)生水解作用，因此堿的濃度與減量率直接相關。圖1為當處理溫度為90℃，時間為1.5 h時，處理液中堿的濃度與面料減量率的關系。從圖1可以看到，在處理溫度和時間都固定的情況下，增加堿液濃度可導致減量率提高，堿液濃度比較低的時候減量率的提高比較緩慢，堿液濃度超過4 g／L后基本上呈線性關系。因此在實際生產(chǎn)中，可以很方便地根據(jù)實際減量率來調(diào)整堿液濃度，得到所需要的減量率。但堿液濃度過大時，對設備有一定的腐蝕性，在操作過程中的勞動保護也容易成為問題，因此在工業(yè)生產(chǎn)中不常選用過高的堿濃度，多通過提高溫度或者加入促進助劑的方法來提高堿減量處理效率。

另外，浴比的大小也影響到堿的用量。一般來說，若浴比過大，要保持處理液達到所需要的濃度就必須用到更多的堿；反之，浴比減少，要達到同樣的堿濃度時所需要的堿的量也較少，經(jīng)濟上較合算。但是在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，過小的浴比容易使堿減量處理不均勻，使織物出現(xiàn)表面性能和透氣性能不均勻的現(xiàn)象。因此需要維持適當?shù)脑”群瓦m當?shù)膲A濃度，以利于堿減量的均勻性。

圖1 堿濃度對面料減量率的影響

2.1.2 處理溫度的影響

溫度是影響聚酯面料堿性環(huán)境下的水解性能的重要因素。常溫下滌綸在堿液中十分穩(wěn)定，只有達到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上時，水解反應才開始明顯。與大部分化學反應一樣，聚酯的水解反應對溫度也比較敏感，反應溫度升高必然會使得反應加快，導致面料減量率增加。筆者在固定堿濃度及時間的前提下，對不同溫度下的面料的堿減量處理溫度和減量率的關系進行了研究，試驗結(jié)果如圖2所示。圖2中堿濃度為2 g／L，處理時間為1.5 h?？梢砸姷皆跍囟容^低的時候，水解反應非常緩慢，減量率很低；隨溫度升高超過90℃時，反應加快，減量率急劇增大，在溫度升到110℃時，相同時間內(nèi)減量率可達到48%?？梢姡瑴囟葘A減量影響很大。當然，對于不同的堿液濃度，其曲線上升的速率不同，但筆者發(fā)現(xiàn)其趨勢和形狀幾乎都一樣。而且一般來說，當處理溫度在90℃以上，減量率上升開始加快，即使是2～3℃的溫度差別，減量率也有明顯差異，而且這種差異在處理溫度越高時越明顯。因此在溫度較高時，如果溫度控制不準確，波動幅度大，則容易產(chǎn)生減量不勻，當溫度升至140℃以上時，水解反應幾乎可達到90%以上，面料已不再能保持原有的形狀和強度。因此在實踐中，既要適當提高溫度以提高生產(chǎn)效率，又要注意溫度的平穩(wěn)性，不讓溫度波動幅度過大?？傊?，溫度控制是十分重要的一環(huán)。

2.1.3 處理時間的影響

堿減量處理時，如果保持堿液濃度8 g／L，溫度為90℃不變，那么滌綸面料經(jīng)堿減量處理的時間與減量率的關系見圖3所示。

從圖3可以看到，在處理初期，隨時間的增加，減量率的變化比較大，之后增長斜率趨于緩和，但基本上還是呈現(xiàn)正比關系。同時，筆者預計，由于在堿性水解過程中，一方面隨水解的進行堿和滌綸發(fā)生了反應，導致堿濃度降低；另一方面，由于攪拌和擴散的原因，反應后形成的水解產(chǎn)物容易堆積在織物上而不是馬上擴散出去，因此隨時間的延長，反應速度會減慢，導致減量率變化緩慢。這種減慢，既有化學反應動力學的因素，即反應物濃度的降低，也有擴散動力學的因素，即水解產(chǎn)物來不及擴散，反應表面更新緩慢，造成反應速度降低。

圖2 處理溫度對面料減量率的影響

圖3 處理時間對面料減量率的影響

在實際生產(chǎn)中為提高設備使用效率，往往是同時將幾種面料一起進行堿減量處理，而不同的面料風格要求有不同的減量率，通過控制處理時間的不同來達到預期的減量效果。因此時間控制非常重要，否則容易因為減量不足或過頭而造成損失。

2.2 促進劑對堿減量處理的影響

在滌綸堿減量處理中，常使用陽離子表面活性劑作為堿減量處理的助劑。陽離子表面活性劑多數(shù)都具有長碳鏈烷基的季銨化合物，在高溫狀態(tài)下，可以很快吸附在滌綸面料表面，并滲透進入到纖維表層分子鏈間的空隙處。滌綸分子的堿水解是一種液-固相轉(zhuǎn)移催化反應，季銨鹽陽離子表面活性劑在滌綸表面的吸附可降低面料的表面張力；另外季銨鹽分子中的鹵素負離子與處理浴中的氫氧根負離子發(fā)生離子交換反應，使處理液中的氫氧根負離子轉(zhuǎn)移并富集在纖維表面，使氫氧根負離子更容易進攻滌綸分子鄰近的酯鍵羰基碳原子，完成水解反應［5］。

實際生產(chǎn)中應用這一特性，加入陽離子表面活性劑，可降低堿用量，達到既提高處理效率又降低成本的目的。促進劑的種類很多，筆者在該研究中主要選用了3種進行比較，其中助劑A為烷基型季銨鹽陽離子表面活性劑，助劑B為環(huán)氧型季銨鹽陽離子表面活性劑，助劑C為雙烷基型雙季銨鹽陽離子表面活性劑。

當固定處理溫度為90℃，處理時間為90 min，堿液濃度為2 g／L時，促進劑種類及濃度對減量率的影響如圖4所示。

圖4 促進劑濃對面料減量率的影響

由圖4可見，不管對于哪種促進劑，其濃度與減量率都有一個共同的規(guī)律：當促進劑濃度較低時（低于4 g／L），增加促進劑濃度，減量率正比提高；當促進劑超過一定的濃度以后，再繼續(xù)增加促進劑，減量率的增加就很慢，幾乎處于停滯狀態(tài)。因此，為了達到最佳的使用效率和成本，不應該一味地提高促進劑的濃度。

從圖4還可以看到，促進劑的種類不同，對面料減量率的影響效果也不一樣，其中促進劑B的效果最明顯，而促進劑A的效率就比較低。

從結(jié)構(gòu)上分析，促進劑C為雙烷基雙季銨鹽陽離子表面活性劑，其吸附在滌綸纖維表面的能力和降低纖維表面張力的能力更強；另外，其分子中具有兩個季銨鹽正離子，更能使處理液中的氫氧根負離子轉(zhuǎn)移并富集在纖維表面提高水解反應效率。而促進劑A為烷基型單季銨鹽陽離子表面活性劑，其效果就比不上帶雙季銨基團的促進劑C。

值得注意的是，筆者發(fā)現(xiàn)一側(cè)端基為環(huán)氧基的季銨鹽陽離子表面活性劑B具有最為顯著的促進作用，其面料表面凹凸不平的地方少，坑也淺，減量均勻性比較好。這可能是由于分子中環(huán)氧基的存在影響了促進作用，對此還需進一步的研究。

2.3 減量率對面料透氣性的影響

滌綸面料經(jīng)堿減量處理后，由于堿對滌綸纖維表面的剝蝕降解作用，導致纖維變細，纖維間、紗線中排列變松，產(chǎn)生凹坑，面料結(jié)構(gòu)疏松，因此面料的透氣性顯著提高，織物手感也變得更柔軟。筆者選用同一種面料，在堿減量處理中固定其它條件，僅改變處理時間來得到不同的堿減量率，測得了面料減量率和面料透氣性的關系，見圖5?？梢钥闯觯S減量率提高，織物的透氣率也隨之提高，但兩者似乎并不呈線性關系。

圖5 減量率對面料透氣性的影響

值得指出的是，堿減量處理的實質(zhì)是聚酯的水解反應，而這種水解必然會導致纖維強度的降低，對面料的使用性能有影響。因此堿減量有一個最佳的濃度范圍，既要考慮到堿減量處理對面料透氣性和后整理所帶來的好處，又要考慮到不過分降低面料的強度。在向興公司的防寒面料研發(fā)中，發(fā)現(xiàn)堿減量處理一般以5%～15%為宜，此時面料透氣率提高1.5～2.8倍，穿著舒適性可得到很大改善。

2.4 減量率對面料拒水拒油后整理的影響

面料的拒水拒油整理一般采用有機氟類的整理劑，這是因為氟的表面能非常低，水和油不會在面料表面鋪展，反而在面料表面形成球狀，進而從表面滑落，因此使得面料具有既拒水又拒油的效果。另外最重要的是，這種整理并不會損害面料已經(jīng)具備的透氣性和手感，因此多被用于開發(fā)具有特殊功能的高檔面料［6］。

一般來說，如果將有機氟整理劑直接對面料進行表面整理，面料的拒水拒油性能并不理想，而且耐水洗持久性不好。為此，筆者采用堿減量的方法對滌綸面料進行表面預處理，提高面料表面的親水性和表面粗糙度，提高滌綸面料和有機氟整理劑的粘接性，以得到更好的拒水性能和耐水洗性。

筆者研究了未經(jīng)過堿減量處理的面料與經(jīng)過堿減量處理的面料的拒水拒油整理效果。其中，對未經(jīng)堿減量處理和對經(jīng)過堿減量處理的滌綸織物，整理劑RGA的濃度均采用80 g／L，對經(jīng)過堿減量處理的滌綸織物，還分別選用了不同的減量率（處理液溫度、濃度均固定，調(diào)節(jié)處理時間來得到不同的減量率）來研究拒水拒油的整理效果。

表1 堿減量處理對拒水拒油整理效果的影響

從表1可以看到，未經(jīng)過整理劑RGA處理的滌綸面料，其拒水拒油等級均為0級，而經(jīng)過整理劑RGA處理后，面料的拒水拒油等級有不同程度的提高，提高幅度與面料的減量率有關；而在同樣經(jīng)過整理劑RGA處理的滌綸面料中，經(jīng)過堿減量處理的面料，其拒水拒油效果明顯優(yōu)于沒有經(jīng)過堿減量處理的面料。這主要是因為未經(jīng)減量的織物，纖維表面光滑，結(jié)構(gòu)致密，整理劑不易吸附上去；經(jīng)過堿減量處理后，堿液對滌綸表面纖維的刻蝕作用導致面料表面的親水基團例如羧基和羰基增多，另外由于滌綸大分子的斷裂也增加了纖維表面的微觀粗糙度，在物理和化學的共同作用下，使得面料與整理劑的粘接性能得以提高，因此拒水拒油整理效果明顯改觀。

另一方面，也可以看到，減量率對拒水拒油整理效果的影響也并不全是正面的，只有當減量率在4%～6%左右時，織物的拒水拒油整理效果最好。這主要是因為堿在表面的刻蝕作用而形成凹坑，使纖維粗糙。這種效果使得在纖維表面結(jié)合的整理劑增多，拒水拒油效果增強，減量率進一步提高，雖然纖維的粗糙度繼續(xù)增加，但織物的結(jié)構(gòu)變得更加疏松，縫隙增大，水和油可以進入縫隙中，使拒水拒油效果下降。

此外，作為面料開發(fā)來說，面料的拒水拒油整理效果的耐水洗性也非常重要，筆者也對此進行了研究。圖6是沒有經(jīng)過堿減量處理的面料與經(jīng)過堿減量處理的面料（減量率4%）的拒油整理效果，分別經(jīng)過洗滌5次、10次、15次和20次。

圖6 拒油效果的耐洗滌性

通過有機氟聚合物RGA整理，可以使面料獲得很好的拒水拒油性，但是這種拒水拒油性能都隨著水洗次數(shù)的增多而下降，無論面料在拒水拒油整理之前是否預先經(jīng)過堿減量處理。從圖6來看，未經(jīng)過堿減量處理的滌綸織物，其拒油性能下降得更為迅速，僅僅經(jīng)過不到10次的水洗，其拒油性能就下降至零，相當于完全沒有經(jīng)過拒水拒油整理。而對于經(jīng)過堿減量處理的滌綸織物來說，在經(jīng)過大約10次的水洗后其拒油等級雖也下降了兩個等級，但仍然具有可以接受的拒油效果。另外值得一提的是，對于經(jīng)過堿減量處理的滌綸織物來說，當多次水洗后，經(jīng)過熨燙整理后織物的拒油性能可得到部分或全部的恢復，其中10次水洗后再經(jīng)過熨燙，其拒油性能可以完全恢復到7級。

3 結(jié) 論

a）研究了堿減量處理工藝對滌綸面料減量率的影響，發(fā)現(xiàn)隨堿液濃度的提高、處理溫度的增加、處理時間的延長，減量率提高。

b）研究了促進劑對堿減量處理的影響，發(fā)現(xiàn)使用陽離子表面活性劑作為堿減量處理的助劑可降低堿的用量，達到既提高處理效率又降低成本的目的。在該研究使用的3種促進劑中，環(huán)氧型季銨鹽陽離子表面活性劑具有最為顯著的促進作用。

c）研究了堿減量處理對面料透氣性的影響，發(fā)現(xiàn)滌綸面料經(jīng)堿減量處理后，面料的透氣性顯著提高，織物手感也變得更柔軟，穿著舒適性得到改善。但考慮到堿減量處理會降低面料的強度，減量率不宜太高。

d）研究了減量率對面料拒水拒油后整理的影響，發(fā)現(xiàn)堿減量處理可提高面料表面的親水性和表面粗糙度，使織物獲得更好的拒水性能和耐水洗性。其中，減量率為4%～6%左右時織物的拒水拒油整理效果最好。

1 曾躍兵.滌綸長絲及混紡織物堿減量率的計算法［J］.四川紡枳科技，2002（6）：20～22

2 張環(huán)，吳堅.滌綸仿絲綢整理技術(shù)分析［J］.大連輕工業(yè)學院學報，2007，26（4）：381～384

3 羅海航，等.精紡呢絨拒水拒油整理及其效果的耐久性研究［J］.毛紡科技，1998（1）：16～25

4 楊琪棼，等.真絲綢拒水拒油多功能整理［J］.絲綢，2001（3）：16～18

5 宋心遠主編.新合纖染整［M］.北京：中國紡織出版社，1997

6 劉艷春，等.滌棉織物拒水拒油多功能整理的研究［J］.印染，2002（2）：9～11

Study on alkali deweighting processing and functional Finishing of cold-proof garment fabrics

Huang Zhixiang1，Ma Bangkui1，Liu Xiaoyun2

（1．Zhixiang Group，Xiangxin Textile Department，Suzhou Jiangsu 215288，China；2．Key Laboratory for Specially Functional Polymeric Materials and Related Technology of the Ministry of Education，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China．）

In this paper，the effect of processing parameter，such as alkali concentration，temperature and process time on the alkali deweighting rate and alkali deweighting eficiency of cold-proof garment fabrics was studied.It found that with the increase of alkali concentration，temperature and process time，the alkali deweightingrate and the air permeability of fabrics increased.Meanwhile，it could obtain better effect on the following functional finishing and washing resistance.The best alkali deweighting rate is in the range of 4%to 6%.It also found that the using of cationic surfactant could accelerate the alkali deweighting finishing.

polyester；fabrics；alkali deweighting；air permeability；functional finishing；washing resistance

TQ342.2

：B

：1006-334X（2010）01-0044-06

2010-03-11

蘇州科技基金計劃（SGZD-090032）

黃志向（1975-），男，福建人，高級經(jīng)濟師，研究方向為防寒面料設計及開發(fā)。