滌綸織物陽(yáng)離子抗靜電劑整理研究及性能評(píng)價(jià)

王藝霈,李 俊,2,勞繼紅

(1.東華大學(xué)服裝學(xué)院;2.現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200051;3.東華大學(xué) 紡織學(xué)院,上海 201620)

滌綸織物陽(yáng)離子抗靜電劑整理研究及性能評(píng)價(jià)

王藝霈1,李 俊1,2,勞繼紅3

(1.東華大學(xué)服裝學(xué)院;2.現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200051;3.東華大學(xué) 紡織學(xué)院,上海 201620)

采用陽(yáng)離子型抗靜電劑DM 3726與非離子型抗靜電劑 TN,將織物的感應(yīng)靜電壓和半衰期作為衡量織物抗靜電性能的主要指標(biāo),對(duì)這2種抗靜電劑進(jìn)行對(duì)比研究,得到前者抗靜電性能優(yōu)于后者.針對(duì)陽(yáng)離子型抗靜電劑DM 3726的3個(gè)工藝參數(shù)——整理劑濃度、焙烘溫度和焙烘時(shí)間進(jìn)行單因子和正交試驗(yàn),得出其最佳工藝條件為整理劑濃度10 g/L、焙烘溫度190℃、焙烘時(shí)間30 s.并在最佳工藝條件下對(duì)整理前后滌綸織物的綜合性能進(jìn)行了評(píng)價(jià).

抗靜電整理;滌綸;陽(yáng)離子抗靜電劑;靜電壓

滌綸纖維織物以其強(qiáng)度高、抗皺、耐磨、尺寸穩(wěn)定、易洗快干、免熨燙等優(yōu)良性能成為人們最青睞的產(chǎn)品之一,廣泛應(yīng)用于服裝、裝飾及產(chǎn)業(yè)用紡織品[1].但滌綸是疏水性纖維,缺少吸濕基團(tuán),屬不良導(dǎo)體;吸濕率低,即使在 100%相對(duì)濕度下的吸濕率也僅為0.6%～0.8%[2];比表面電阻超過(guò)1014Ω·cm[3],其中一般抗靜電纖維的電阻率為108～1010Ω·cm[4].因此,其自身或當(dāng)其與其他物體摩擦?xí)r易產(chǎn)生靜電,如果這些靜電荷不能通過(guò)各種途徑迅速散失,就會(huì)在材料和加工機(jī)械上逐漸積累、增加,引發(fā)各種障礙和危害.從生產(chǎn)和消費(fèi)的角度來(lái)看,滌綸織物的抗靜電性能已成為急待研究和解決的問(wèn)題.

傳統(tǒng)的抗靜電整理在纖維或織物表面進(jìn)行.良好的抗靜電劑在使用量合理的情況下,纖維表面可以生成連續(xù)的濕膜,離子能在此表面上移動(dòng),從而降低了纖維的表面電阻,加快了靜電荷的逸散,達(dá)到抗靜電的效果[5].同時(shí),抗靜電劑朝向纖維中心的疏水基團(tuán)多是碳?xì)滏?而碳?xì)滏溤诟叻肿渔溨凶钊彳?因而能使化學(xué)纖維表面柔軟平滑,降低纖維表面的摩擦系數(shù),減少靜電的產(chǎn)生[6].

陽(yáng)離子型抗靜電劑應(yīng)用最廣泛,對(duì)纖維吸著力強(qiáng),在低濕度時(shí)仍顯示優(yōu)良的抗靜電效果.陽(yáng)離子型抗靜電劑一般以季銨鹽使用最多[7],這類(lèi)表面活性劑除了良好的抗靜電作用外,還具有一定的耐洗能力,處理后的纖維或織物具有平滑、手感性好的優(yōu)點(diǎn),其缺點(diǎn)是對(duì)設(shè)備表面附著力較大,影響連續(xù)性生產(chǎn).非離子型抗靜電劑如高級(jí)醇、酸的聚氧乙烯衍生物等,雖然需要大附著量才能達(dá)到好的效果,在熱處理時(shí)有向纖維內(nèi)部擴(kuò)散等缺點(diǎn),但由于吸濕性強(qiáng)、手感好、容易洗凈等優(yōu)點(diǎn),也常用于非耐久性抗靜電性的加工油劑.鑒于2種抗靜電劑的不同特性,在滌綸織物的抗靜電整理中,如何選取合適的抗靜電劑,并確定其最佳工藝參數(shù),是本文研究解決的問(wèn)題.

因此,本文首先選取了陽(yáng)離子抗靜電整理劑DM 3726和非離子抗靜電劑 TN,將織物感應(yīng)靜電壓與半衰期作為衡量其抗靜電性能的主要指標(biāo),對(duì)這2種抗靜電劑進(jìn)行對(duì)比研究,以選取性能較優(yōu)的抗靜電劑.而后就影響織物抗靜電性能的3個(gè)參數(shù)進(jìn)行單因子與正交實(shí)驗(yàn),從而優(yōu)化抗靜電整理劑的整理工藝參數(shù),使其更有效地改善滌綸織物的抗靜電性能.

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

實(shí)驗(yàn)材料:100%滌綸(平紋,經(jīng)緯密335×265根/10 cm,厚度 0.207 cm,克重 0.7881 g/m2);抗靜電劑DM-3726(德美化工);抗靜電劑 TN(德美化工);滲透劑 TF-107A;氨水.

儀器設(shè)備:YG342D型感應(yīng)式靜電測(cè)試儀(常州第一紡織設(shè)備有限公司);連續(xù)烘干定型機(jī)(中國(guó)臺(tái)灣瑞比公司);無(wú)色軋車(chē)(中國(guó)臺(tái)灣瑞比公司);LL Y-01型電子硬挺度儀(萊州市電子儀器有限公司);YG141N數(shù)字式厚度儀;YG461E型電腦式透氣性測(cè)試儀;FA 2004A型電子分析天平;HD026N電子織物強(qiáng)力儀.

1.2 整理工藝

整理液濃度:抗靜電劑DM-3726 2～10 g/L;抗靜電劑 TN 2～16 g/L.

工藝條件:預(yù)烘溫度 80℃;焙烘溫度 160～210℃;焙烘時(shí)間30～150 s.

工藝流程:織物浸漬整理液(2 min)→二浸二軋(軋余率100%)→預(yù)烘(80℃×1 min)→焙烘((160～210)℃×(30～150)s)→測(cè)試性能.

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 抗靜電性能

參照標(biāo)準(zhǔn)FZ/T10142-1996,外加電壓為10 kV,預(yù)設(shè)放電時(shí)間為30 s,利用電暈放電機(jī)理使試樣帶電,記錄穩(wěn)定后試樣上的靜電電壓值(V)及該電壓衰減到一半時(shí)所需的時(shí)間(s).1.3.2 織物基本性能

(1)織物透氣性.參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB5453-85,采用YG461型電腦式織物透氣儀,得到透氣量(L/m2·s)和透氣率(m/s).試樣面積為20 cm2,同一樣品的不同部位至少測(cè)試10次,并算出平均值.

(2)織物柔軟性.參照 GB/T 18318-2001,測(cè)得伸出長(zhǎng)度 L,計(jì)算得出抗彎長(zhǎng)度(cm)和抗彎剛度(mN·cm)2個(gè)力學(xué)指標(biāo).試樣面積為(25±1)×(250±2)mm,測(cè)量6次,取平均值.

(3)織物拉伸性能.根據(jù) GB/T 3923.1-1997標(biāo)準(zhǔn),采用電子織物強(qiáng)力試驗(yàn)儀測(cè)定試樣的強(qiáng)力(N)與斷裂伸長(zhǎng)率(%).試樣面積為30 cm×5 cm,經(jīng)緯向各取5塊測(cè)量取平均值.

2 結(jié)果與討論

2.1 單因子實(shí)驗(yàn)

2.1.1 抗靜電整理劑濃度

DM 3726整理劑濃度對(duì)織物半衰期的影響如圖1所示,對(duì)織物靜電壓的影響如圖2所示.

由圖1和圖2可知,在其他工藝條件不變的情況下,隨著DM-3726整理劑濃度的增大,織物的抗靜電性能得到逐漸改善.未經(jīng)抗靜電劑處理的滌綸織物峰值電壓高達(dá)1 068 V,半衰期為11.3 s,而當(dāng)采用整理劑DM 3726濃度為6 g/L時(shí),織物的靜電壓和半衰期分別下降至667 V和0.736 s.繼續(xù)增加整理劑濃度,整理后織物靜電壓和半衰期下降趨勢(shì)不大,抗靜電效果提高并不顯著.出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是,隨著整理劑質(zhì)量濃度增加,整理劑與纖維表面接觸得越多,越易形成連續(xù)的濕膜,使離子能在此表面上移動(dòng),織物表面電荷向內(nèi)部和表面的逸散速率也就越快,從而降低了纖維的表面電阻,達(dá)到抗靜電效果.但當(dāng)整理劑濃度達(dá)到一定程度后,纖維表面已經(jīng)達(dá)到飽和,即纖維表面不能再與整理劑結(jié)合,若繼續(xù)增加整理劑濃度,也不會(huì)使織物抗靜電效果顯著改善.結(jié)合織物抗靜電效果,以及產(chǎn)品加工的經(jīng)濟(jì)性等方面,選取整理劑濃度在6～10 g/L范圍內(nèi).

TN整理劑濃度對(duì)織物半衰期的影響如圖3所示,對(duì)織物靜電壓的影響如圖4所示.

由圖3和圖4可知,織物在經(jīng)過(guò)抗靜電劑 TN整理后,最佳效果為靜電壓和半衰期分別下降至733 V和0.74 s,整理效果不如DM-3726.又考慮它含有APEO(烷基酚聚氧乙烯醚類(lèi)化合物的簡(jiǎn)稱),APEO有較大的生物毒性、極差的生物降解性和降解代謝產(chǎn)物的毒性,歐盟已經(jīng)出臺(tái)關(guān)于限制或禁止使用APEO紡織品的命令,且抗靜電劑 TN對(duì)織物染色牢度又存在較大影響,因此,綜合考慮各項(xiàng)因素,接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)采用DM-3726陽(yáng)離子型抗靜電劑作為主要試劑.

2.1.2 焙烘溫度

焙烘溫度對(duì)整理織物半衰期的影響如圖5所示,對(duì)織物靜電壓的影響如圖6所示.

圖5 焙烘溫度對(duì)整理織物半衰期的影響

圖6 焙烘溫度對(duì)織物靜電壓的影響

由圖5和圖6可知,在其他工藝條件不變的情況下,隨著焙烘溫度的提高,織物靜電壓先隨著溫度的升高而減小,焙烘溫度在達(dá)到190℃后又開(kāi)始增大,焙烘溫度為190℃時(shí),織物的靜電壓下降至最低值;而溫度的升高對(duì)半衰期影響不大,其值一直保持在0.77 s左右.出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是,當(dāng)焙烘溫度較低時(shí),晶核生長(zhǎng)速度較慢,整理劑與滌綸纖維的結(jié)合力較弱,不能形成均勻的導(dǎo)電膜.而隨著焙烘溫度的升高,晶核形成速率增加,結(jié)晶速率增加,整理劑與滌綸之間的作用力增大,形成均勻連續(xù)的導(dǎo)電膜,因而具有較好的抗靜電效果.但焙烘溫度過(guò)高,造成抗靜電劑大分子降解,親水能力下降,降低了抗靜電效果.因此,在工藝整理過(guò)程中,焙烘溫度不宜過(guò)高.

2.1.3 焙烘時(shí)間

熔烘時(shí)間對(duì)織物半衰期的影響如圖7所示,對(duì)織物靜電壓的影響如圖8所示.

由圖7和圖8可知,隨著焙烘時(shí)間的增加,滌綸織物靜電壓隨之增大,抗靜電效果降低;織物半衰期也基本呈現(xiàn)這種趨勢(shì).焙烘時(shí)間為30 s時(shí),峰值靜電壓和半衰期為最小值771 V和0.70 s.這是由于整理劑與纖維發(fā)生作用是一個(gè)過(guò)程,需要一定的時(shí)間,所需時(shí)間包括加熱時(shí)間、熱滲透時(shí)間和整理成膜時(shí)間.焙烘時(shí)間短,整理劑在纖維表面滲透不夠深入,因而導(dǎo)電效果差.因此,只有當(dāng)焙烘時(shí)間達(dá)到一定值,才能達(dá)到良好的抗靜電效果.但在高溫條件下,長(zhǎng)時(shí)間的焙烘則會(huì)破壞抗靜電劑的大分子結(jié)構(gòu)甚至造成熱氧化分解和熱裂解,或破壞織物表面形成的導(dǎo)電膜.

2.2 DM-3726整理滌綸織物的正交實(shí)驗(yàn)

DM-3726整理滌淪織物的正交實(shí)驗(yàn)[L9(34)]結(jié)果如表1所示,結(jié)果分析如表2所示.

表1 DM-3726整理滌綸織物的正交實(shí)驗(yàn)[L 9(34)]結(jié)果

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表

由表1和表2可知,影響滌綸織物靜電壓的因素主次順序?yàn)?A＞C＞B,優(yōu)選方案為 A3B2C1,;影響滌綸織物半衰期的因素主次順序?yàn)?C＞A＞B,優(yōu)選方案為A3B1C1.同時(shí)也可得到整理參數(shù)的改變對(duì)靜電壓的影響遠(yuǎn)大于半衰期,在一定范圍內(nèi),半衰期下降至一穩(wěn)定值后變化不大.在影響靜電壓和半衰期的因素中,B(焙烘溫度)這個(gè)因素都屬于次要因素,而在優(yōu)選方案為A3B2C1,即整理劑濃度為10 g/L、焙烘溫度為190℃、焙烘時(shí)間為30 s時(shí),滌綸織物靜電壓和半衰期分別下降至700 V和0.61 s,已經(jīng)達(dá)到優(yōu)良的抗靜電效果.

為了進(jìn)一步確定整理劑濃度、焙烘溫度、焙烘時(shí)間對(duì)織物抗靜電性能有無(wú)顯著影響,進(jìn)行了正交實(shí)驗(yàn)的方差分析,利用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理來(lái)確定3個(gè)因素對(duì)織物靜電壓和半衰期的影響差異性.

表3 靜電壓-正交實(shí)驗(yàn)方差分析表

備注:＊的數(shù)量表示顯著性的等級(jí),數(shù)目越多,顯著性越強(qiáng).

由表3可知,因素 A(整理劑濃度)的影響性比較顯著,其次為因素 C(焙烘時(shí)間),最后是因素 B(焙烘溫度).這與表2的分析結(jié)論基本一致,即確定最佳實(shí)驗(yàn)方案為整理劑濃度10 g/L、焙烘溫度190℃、焙烘時(shí)間30 s.

2.3 整理前后織物其他性能的對(duì)比

在正交實(shí)驗(yàn)得出最佳工藝條件下,對(duì)滌綸織物進(jìn)行后整理加工,而后對(duì)其進(jìn)行基本性能測(cè)試,比較其整理前后織物服用性能的變化,如表4所示.

表4 整理前后織物基本性能對(duì)比

表4中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,整理后滌綸織物的斷裂強(qiáng)力有所下降,而斷裂伸長(zhǎng)率有所上升.其原因是由于織物在經(jīng)過(guò)抗靜電劑化學(xué)作用后,產(chǎn)生化學(xué)變形,加之在整理過(guò)程需要190℃的高溫,可能對(duì)部分纖維造成損失,導(dǎo)致織物的強(qiáng)力下降;同時(shí),因?yàn)楦邷乜赡苤率勾蠓肿渔溄忾_(kāi),分子和分子間作用力減少,從而使拉伸時(shí)分子鏈移動(dòng)能力加強(qiáng),織物的拉伸斷裂伸長(zhǎng)率增大.

整理后織物的抗彎長(zhǎng)度有所下降,即織物的柔軟性略有增加,織物在服用方面性能得到提高,原因在于抗靜電劑朝向纖維中心的疏水基團(tuán)多是碳?xì)滏I,而碳?xì)滏I在高分子鏈中最柔軟,因而能使化學(xué)纖維表面柔軟平滑,減低了纖維表面摩擦,使其織物在服用時(shí)穿著更舒適.整理后織物的透氣量略有下降,原因在于抗靜電劑經(jīng)過(guò)軋壓后僅形成一層薄膜包覆在纖維的表面,使織物纖維之間的空隙略有減小.

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)陽(yáng)離子抗靜電劑DM 3726和非離子抗靜電劑TN對(duì)比研究得知,經(jīng)陽(yáng)離子型抗靜電劑 CM-3726處理過(guò)的織物抗靜電性能相對(duì)較好.

在陽(yáng)離子型抗靜電劑DM 3726的3因素3水平正交實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn),整理劑濃度對(duì)織物靜電壓影響最為顯著,焙烘時(shí)間對(duì)其影響次之,焙烘溫度影響程度最小.焙烘時(shí)間對(duì)織物半衰期影響最為顯著,整理劑濃度對(duì)其影響程度次之,焙烘溫度影響程度最小.

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析顯示,在改善織物抗靜電性能的目標(biāo)前提下,整理劑濃度10 g/L、焙烘溫度190、焙烘時(shí)間30 s為最佳的實(shí)驗(yàn)方案.

經(jīng)最佳整理工藝條件整理后,滌綸織物的抗靜電性能得到有效的改善,同時(shí)織物的手感柔軟性也有所改善.盡管其他基本性能如織物強(qiáng)力和透氣率略有所下降,但是由于變化幅度不大,基本不影響整理后織物的應(yīng)用.

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Study on Cationic Antistatic Finishing and Performance Evaluation of Polyester Fabric

WANG Yi-pei1,L IJun1,2,LAO Ji-hong3
(1.Fashion Institute,Donghua University;2.Key Laboratory of Clothing Design and Technology,M inistry of Education,Shanghai 200051;3.College of Textiles,Donghua University,Shanghai 201620,China)

U sing static voltage and half-life as themain index fo r evaluating the fabric’s antistatic p roperty,compares study on the antistatic finish effectof DM-3726 and TN.The resultof the experiments show s that the cationic antistatic agent DM-3726 has the better effect on imp roving the antistatic p roperty.And then making the single factor experiments and orthogonal experiments on three elements of the cationic antistatic agent DM 3726 such as concentration of finishing agent,baking temperature,baking time,the o rthogonal experiments show that antistatic agent concentration of 10g/L,baking temperature of 190℃,baking time of 30s is the best of pilot p rogramme.Finally,compare the basic perfo rmance of the fabric between befo re and after finishing.

antistatic finishing;polyester;cationic antistatic agent;static voltage

TS195.6

A DO I:10.3969/j.issn.1671-6906.2010.04.011

1671-6906(2010)04-0041-05

2010-06-23

王藝霈(1987-),女,河南許昌人,碩士生.