彈力牛仔面料氯漂洗水過程中失彈機理的研究

田 磊，劉 柳，唐玉才，甘厚磊，陳玉波，易長海

（1.廣東省均安牛仔服裝研究院，廣東 順德 528329；2.武漢紡織大學(xué)新型紡織材料綠色加工及其功能化教育部

重點實驗室，武漢 430073）

彈力牛仔面料氯漂洗水過程中失彈機理的研究

田 磊1，劉 柳2，唐玉才1，甘厚磊2，陳玉波1，易長海2

（1.廣東省均安牛仔服裝研究院，廣東 順德 528329；2.武漢紡織大學(xué)新型紡織材料綠色加工及其功能化教育部

重點實驗室，武漢 430073）

在不同pH值條件下，對氨綸彈力牛仔面料進(jìn)行氯漂洗水實驗，并測試洗后的漂白效果、彈性伸長率和彈性回復(fù)率.結(jié)果表明：pH值越低，漂白速度越快，效果越明顯，但是漂白不均勻；隨著漂白液的pH值的降低，氨綸彈力牛仔面料的彈性伸長率呈現(xiàn)下降的趨勢；彈性回復(fù)率也隨pH降低而減小，但是當(dāng)pH小于3.98時，彈性回復(fù)率出現(xiàn)了一個不同程度上的增加，使得氨綸失去彈力；氨綸失彈的根本原因可能是氯水漂洗使聚氨酯大分子的軟鏈段的C-C斷裂而導(dǎo)致.同時探討了3種解決氨綸牛仔面料失彈的方法.

彈力牛仔面料；氯漂；彈性性能；失彈機理

近年來，含氨綸彈力織物在國內(nèi)外市場上十分流行，發(fā)展迅速.由于這類產(chǎn)品具有較高的彈性和優(yōu)異的回彈性能，手感柔軟，穿著舒服并能體現(xiàn)出形體美，加上易吸汗不會產(chǎn)生靜電，因而得到越來越多的應(yīng)用.目前染整行業(yè)的科技人員都在探索研究含氨綸彈力織物染整加工技術(shù)的最佳條件[1-5]，但涉及彈力牛仔洗水失彈機理方面的研究還未曾報道.本文設(shè)計了在不同pH條件下用次氯酸鈉漂白彈力牛仔的實驗，探討了氯漂后牛仔面料的漂白效果、彈性性能等，探討氯漂過程中氨綸牛仔面料失彈的機理，并討論了幾種防止氯漂氨牛仔面料失彈方法.

1 實驗部分

1.1 實驗原材料

彈力牛仔面料（1.5%氨綸，98.5%棉），順德區(qū)嘉特威紡織有限公司提供；次氯酸鈉，分析純，天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠生產(chǎn)；濃硫酸，分析純，廣州市東紅化工廠生產(chǎn)；氫氧化鈉，化學(xué)純，天津市永大化學(xué)試劑研發(fā)中心生產(chǎn)；草酸，化學(xué)純，天津市永大化學(xué)試劑研發(fā)中心生產(chǎn).

1.2 彈力牛仔面料氯漂洗水工藝

將退漿后的彈力牛仔面料在80 g/L的NaClO溶液中60℃漂洗90 min，然后在105℃烘干.退漿條件為46℃的溶液（NaOH 3 g/L，30%雙氧水2 g/L）中洗20 min.

1.3 性能測試

氯漂后彈力性能測定：彈性測試采用ASTM D3107－2003方法測試.其測試原理為：織物在一定張力作用下伸長，織物在去除張力的情況下回復(fù).本實驗根據(jù)測試方法選用1.8 kg砝碼，試樣原規(guī)格為300 mm×50 mm，分別測量拉伸后10 s和30 min的長度和去除張力后10 s、30 min和60 min的長度，求出每個試樣的伸長平均值.并求其伸長百分率計算出彈性伸長率和彈性回復(fù)率.每組實驗測試10組以上.

殘留液pH值測定：使用pHs－25實驗精密pH計測量漂白前后漂白液的pH值.

紅外光譜分析：采用美國Nicolex 20SX－B型紅外光譜儀，試驗條件：波長范圍400～4 000 cm－1，掃描64次，分辨率為4 cm－1.

2 結(jié)果與討論

2.1 pH值對漂白程度的影響

次氯酸鈉溶液成分比較復(fù)雜，在不同pH條件下有效成分有很大的差別.在不同pH值條件下的溶液組成大致如下[6]：8.4以上主要成分NaOH、NaClO和NaCl；8.4～4.6主要成分NaClO、NaCl和HClO；4.6以下主要成分HClO、NaCl和Cl2.在酸性和中性條件下（pH值≤6.96），次氯酸鈉的漂白效果比較明顯，漂白速度較快；此結(jié)論與文獻(xiàn)[2]中的結(jié)論是一致的.在酸性和中性條件下，漂白液中有效漂白成分分別是Cl2、HClO和ClO－，由此可知對靛藍(lán)的漂白能力可能是Cl2＞HClO＞ClO－.由圖1可知，當(dāng)pH≥8.94后布面漂白效果較均勻，而pH≤8.08時，漂白效果出現(xiàn)局部不均勻現(xiàn)象，pH越低漂白效果越不均勻，這就進(jìn)一步說明隨著pH值的降低漂白速度加快.同時也驗證了此結(jié)論：在工業(yè)生產(chǎn)中，一般不在酸性或中性條件下進(jìn)行漂白，因為此時的漂白速度太快不容易控制.

2.2 pH值對氯漂后牛仔面料的彈性性能的影響

2.2.1 pH值對氯漂后牛仔面料彈性伸長率的影響

不同pH條件下氯漂后的彈性伸長率如表1和圖2所示.

表1 試樣在不同pH條件下氯漂后的彈性伸長率Tab.1 Elastic elongation rate of sample in different pH

由表1可知，原樣在10 s和30 min后的彈性伸長率分別為43.3%和41.6%.由圖2可知經(jīng)過氯漂后的彈力牛仔布的彈性伸長率都有不同程度上的下降，并且隨著處理溶液的pH值的降低而伸長率減小得愈厲害；這可能是因為在酸性條件下，氨綸的損傷程度逐漸的增大，而導(dǎo)致其彈性伸長率降低.同時在中性條件下，氨綸受損傷程度可能偏小，但是此時的棉纖維受到較嚴(yán)重的損傷[7]，這可能是導(dǎo)致中性條件下彈性伸長率也下降的原因.同時由表1和圖2可知，當(dāng)pH值大于10.93后，彈性伸長率基本趨于穩(wěn)定，其伸長率的大小接近于原樣，說明該條件下氨綸和棉織物基本上沒有受到損傷.

由圖2可知，拉伸10 s和30 min的彈性伸長率隨pH值的變化規(guī)律基本上是相似的.pH值≤10.93條件下，隨著pH值的減小，彈性伸長率減?。籶H值大于10.93后基本趨于穩(wěn)定.這說明對不同pH值條件處理后的棉彈織物，拉伸時間的長短對彈性性能的變化趨勢是一致的.但是由圖2還可發(fā)現(xiàn)，在相同pH值條件下，拉伸30 min后的彈性伸長率均稍大于拉伸10 s后的值，這可能是拉伸30 min后棉彈織物得到了充分伸長的緣故.

2.2.2 pH值對氯漂后牛仔面料彈性回復(fù)率的影響

不同pH條件下氯漂后的彈性回復(fù)率如表2和圖3所示.

表2 試樣在不同pH條件下氯漂后的彈性回復(fù)率Tab.2 Elastic recovery rate of bleaching sample in different pH

由表2可知，原布樣在拉伸10 s、30 min和60 min后的彈性回復(fù)率分別為80%、87%和91%.

當(dāng)pH≥5.12時，3種不同拉伸時間下，彈性回復(fù)率都隨著pH值的升高而增大，這一結(jié)果與圖2的結(jié)論相同.但是當(dāng)pH值在1.01到5.12之間的時候，3種不同拉伸時間下的回復(fù)率均在pH為3.07處出現(xiàn)一個較大值，并且當(dāng)拉伸時間為30 min和60 min時，pH值降低反而其彈性回復(fù)率升高，這一結(jié)果與拉伸伸長率的變化趨勢也基本一致，這說明隨著pH值進(jìn)一步的降低時，彈性性能有一定程度上的回復(fù).因此使氨綸失彈即改變其分子結(jié)構(gòu)的主要因素是HClO.同時從圖3可知，拉伸時間越長其對應(yīng)pH值條件下的回復(fù)率越大，可能是因為當(dāng)棉彈面料被拉伸時間越長時候，被拉伸的伸長倍數(shù)越大，回復(fù)率也越大，同時這也說明了此條件下的氨綸并沒有完全失去彈力.

2.3 氨綸氯漂后的紅外光譜分析

圖4是pH值在1.01、6.96、13.45條件下經(jīng)漂洗處理后氨綸的紅外光譜圖.

圖5為聚醚型聚氨酯的分子結(jié)構(gòu)圖，從其紅外特征峰可知所用氨綸為聚醚型聚氨酯.

同時由圖4可知，在pH為1.01和6.96的時候，在747 cm－1處出現(xiàn)了1個新的特征峰，經(jīng)查知它是C—Cl的伸縮振動[7].而且經(jīng)觀察可知，此條件處理后的氨綸變成黃色、變脆且強度下降.這種現(xiàn)象的產(chǎn)生可能是因為漂白液產(chǎn)生活性氯原子使得氨綸發(fā)生了降解，由于聚氨酯大分子硬鏈段具有結(jié)晶度高的特點

圖5 聚醚型聚氨酯的分子結(jié)構(gòu)

Fig.5 Molecular structure of polyether-based polyurethane以及產(chǎn)生橫向交聯(lián)，硬鏈段分子相互有序排列，結(jié)構(gòu)較規(guī)整緊密，活性氯原子不易進(jìn)入內(nèi)部，但是容易進(jìn)入規(guī)整性較差、結(jié)構(gòu)較疏松的軟鏈段，導(dǎo)致軟鏈段的C—C鍵發(fā)生斷裂.

2.4 防止氯漂失彈方法的探討

2.4.1 從氨綸本身的結(jié)構(gòu)出發(fā)

通過上述分析可知，在氨綸生產(chǎn)的過程中要加入一定量添加劑，使得添加劑與聚氨酯大分子的軟鏈段形成一種螯合物，保護(hù)軟鏈段免受活性氯原子的攻擊，從而提高其耐氯漂性能.

2.4.2 從工藝上進(jìn)行調(diào)整

由上述分析可知，氨綸彈性性能降低與漂洗液的pH值有著密切的關(guān)系，同時本研究還測試了一組漂洗后殘留液的pH值，如表3所示.

表3 氯漂前后溶液的pH值Tab.3 pH of solution after bleaching

由表3可知，漂洗處理后，殘留液的pH值都有不同程度上的降低（第一組除外），因此為了控制氨綸的失彈率在一個較小的范圍波動，必須在生產(chǎn)的過程中，適時監(jiān)控漂白液的pH值，然后添加pH值緩沖劑調(diào)節(jié)到一個較穩(wěn)定的范圍之內(nèi)，從而達(dá)到避免過多失彈的結(jié)果.

2.4.3 新型的彈力纖維替代品

尋找一些具有耐氯性能強的新型彈力纖維來代替氨綸，如T400彈力纖維、PPT高彈絲等，從而避免氯漂帶氨綸面料失去彈力的情況.

3 結(jié)論

（1）氯漂氨綸彈力牛仔面料時，漂白液的pH值越低，漂白速度越快，漂白效果明顯，但易導(dǎo)致漂白效果不均勻.

（2）隨著漂白液的pH值的降低，氨綸彈力牛仔面料的彈性伸長率呈現(xiàn)下降的趨勢；彈性回復(fù)率也隨pH降低而減小，但是當(dāng)pH小于3.98時，彈性回復(fù)率出現(xiàn)了不同程度上的增加，這可能是由于氯水中的有效成分HClO使得氨綸失去彈力的結(jié)果.

（3）經(jīng)彈力牛仔面料氯漂后氨綸的紅外光譜圖可知，氨綸失彈的根本原因可能是由于聚氨酯大分子的軟鏈段的C-C斷裂而導(dǎo)致.

（4）從氨綸的分子結(jié)構(gòu)調(diào)整、工藝的實時監(jiān)控與調(diào)整以及尋找新的彈力纖維代替氨綸三個方面探討了解決氨綸失彈的方法.

[1] 黃德強，蔡如月，邱正和，等.棉氨綸彈力織物的前處理工藝[J].印染，2006（13）：13-17.

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[3]成中平.氨綸彈力色織物后整理工藝的探討 [J].山東紡織科技，2008（5）：40-42.

[4] 李瑤君，陳大俊，廖 威，等.氨綸氯水降解及耐氯機理的探討[J].合成纖維工業(yè)，1996（4）：27-30.

[5]陳海平，汪 杰，涂根國，等.聚氨酯纖維的氯損研究[J].遼寧化工，2007（12）：805-806.

[6] PETER M，ROUETTE H K.Grundlagender textile veredlung [J].Deutscher Fachverlage，1989（462）：145-146.

[7]閻克路.染整工藝學(xué)教程第一分冊[M].北京：中國紡織出版社，2005：111.

Study on loss of elastic mechanism of spandex denim in chlorine bleach washing

TIAN Lei1，LIU Liu2，TANG Yu-cai1，GAN Hou-lei2，CHEN Yu-bo1，YI Chang-hai2
（1.Guangdong Jun′an Jeans Institute，Shunde 528329，China；2.Key of Laboratory of Green Processing and Functional Textile Materials of Ministry of Education，Wuhan Textile University，Wuhan 430073，China）

Spandex denim was bleached in chlorine of different pH，and bleaching effect，elastic elongation and elastic recovery rate，IR of spandex were tested.The results show that as pH value was reduced as bleaching rate was more quick，effect was more obvious，but the bleaching effect was not uniform；elastic elongation and elastic recovery rate of spandex denim was shown a downward trend when pH of chlorine water was lower，but when pH was less than 3.98，elastic recovery rate was increased in different degree；C-C in soft segment of PU fractured by chlorine bleach，which is the cause that spandex loss elastic.And three methods which solved loss of spandex denim were investigated.

spandex denim；chlorine bleach；elastic properties；loss of elastic mechanism

TS193.71；TS106.591

A

1671－024X（2012）03－0048－04

2012-03-22

田 磊（1983—），男，碩士.

易長海（1968—），男，博士，教授，博士生導(dǎo)師.E-mail：ych@wuse.edu.cn