廢舊氨綸絲液摻雜硅溶膠整理棉織物的性能

殷允杰，王潮霞

(生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學)，江蘇 無錫 214122)

氨綸是一種彈性纖維，一般不單獨用于面料加工，而是少量地摻入與其他纖維混用，這種纖維既具有橡膠的性能又具有纖維的性能。隨著氨綸使用量的增加，廢舊氨綸絲量也快速增長。另外，氨綸在生產(chǎn)過程中其聚合體不可能100%轉(zhuǎn)化為成品氨綸絲，達不到控制標準的產(chǎn)品會被降為廢絲。隨著廢舊氨綸絲數(shù)量的增多，其無害化處理和再應用難題亟待解決［1］。

棉織物透氣吸濕性能好，穿著舒服，手感柔軟，但由于纖維素纖維本身材質(zhì)原因極易起皺。其坯布經(jīng)后續(xù)染整處理后，尤其在做成服裝經(jīng)水洗后會出現(xiàn)面料起皺不平，嚴重影響成品的外觀效果。為克服棉織物在穿著過程中易起皺和需要熨燙的缺陷，紡織品抗皺整理已成為極其重要的后整理加工工藝［2－4］。紡織品抗皺整理的方法很多，鄭成輝等［5］利用溶膠凝膠法賦予了棉織物防皺效果。

本文利用回收的廢舊氨綸絲溶解成氨綸液，并摻雜于堿性硅溶膠分散體系中，制成氨綸液摻雜溶膠。用該溶膠對棉織物整理，經(jīng)熱處理后可在纖維表面形成一層彈性薄膜，提高織物的抗皺性和織物風格。

1 試驗部分

1.1 藥品與儀器

織物:經(jīng)過退漿、精練的純棉府綢織物，經(jīng)、緯紗線密度均為25 tex，經(jīng)、緯密為524、283 根/10cm，由紅豆集團提供;氨綸廢絲由Aquafil USA公司提供。

藥品:正硅酸乙酯、乙醇、氨水、N，N-二甲基甲酰胺均為國藥集團上?；瘜W試劑公司生產(chǎn)，分析純。

儀器:KES-FB2型織物風格儀，日本加藤株式會社生產(chǎn);EHP350型軋車，英國 ROACHES國際有限公司生產(chǎn);85-2A型恒溫磁力加熱攪拌器，江蘇金壇市榮華儀器制造有限公司生產(chǎn);YG026型電子織物強力實驗機，溫州際高檢測儀器有限公司生產(chǎn);YG541D型全自動數(shù)字式織物褶皺彈性儀，寧波市江東璟瑞儀器儀表有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗方法

1.2.1 氨綸液摻雜硅溶膠的制備

將氨綸廢絲洗凈烘干，并稱取12 g混入88 g N，N-二甲基甲酰胺中，在70℃條件下攪拌4 h，制成氨綸溶解液。將22 g乙醇、25 g去離子水、5 g氨水混合并攪拌均勻，緩慢滴加到28 g正硅酸乙酯和20g乙醇的混合溶液中并不斷攪拌，在50℃水浴中反應6 h，常溫陳化48 h，制成堿性硅溶膠。將60g的氨綸溶解液滴加到40g的上述堿性硅溶膠中，攪拌均勻制成偏乳白色的穩(wěn)定氨綸液摻雜硅溶膠。

1.2.2 織物整理

將純棉府綢織物在氨綸液摻雜硅溶膠中浸軋?zhí)幚?，二浸二軋，軋余率?0%，將處理后的織物在50℃條件下烘干，然后在120℃條件下焙烘4 min(回收尾氣，并溶于乙醇，最后以燃燒法徹底去除二甲基甲酰胺(DMF))。焙烘后的織物分別經(jīng)熱水洗(60℃)、冷水洗以去除織物上殘余 DMF，最后烘干。

1.2.3 抗皺性能測試

根據(jù)GB/T3819—1997《紡織品 織物折痕回復性的測定 回復角法》對整理后織物的抗皺性進行測定。將織物按要求剪取成適宜形狀和大小的試樣，在YG541D型全自動數(shù)字式織物褶皺彈性儀上進行測量，并記錄經(jīng)向和緯向急彈折皺回復角和緩彈折皺回復角。

1.2.4 織物風格測試

采用織物風格評定系統(tǒng)分別測定織物的壓縮特性、拉伸特性、剪切特性和彎曲特性，織物尺寸為20cm ×20cm。

1.2.5 拉伸斷裂性能測試

根據(jù)GB/T3923.1—1997《紡織品 織物拉伸性能 第1部分:斷裂強力和斷裂伸長率的測定 條樣法》對硅溶膠整理后織物的斷裂強力進行測定。剪取3份長度為30cm，寬度約為5cm的織物，采用扯邊紗法使試樣的寬度為5cm，在YG026型電子織物強力實驗機上進行測試，拉伸長度預設(shè)為20cm，并記錄斷裂強力和斷裂伸長率。

1.2.6 毛細管效應測試

根據(jù)FZ/T 01071—2008《紡織品毛細效應試驗方法》要求，用YG(B)871型毛細管效應測定儀測試織物的毛細效應來表征織物的潤濕性，樣品尺寸為25cm×4 cm(經(jīng)向×緯向)，測定30min后水面上升的最低高度。取3份樣品的毛細管效應的平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 折皺回復性能

表1示出織物的折皺回復性能?？煽闯?，空白對照樣棉織物經(jīng)緯向急彈折皺回復角分別為54.6°和47.1°，緩彈折皺回復角分別為65.5°和60.0°。經(jīng)氨綸液雜化硅溶膠整理棉織物經(jīng)緯向急彈折皺回復角分別為69.5°和68.2°，分別提高了27.3%和44.8%，緩彈折皺回復角分別為 82.5°和 77.0°，分別提高了26.0%和28.3%。另外，氨綸液整理織物經(jīng)緯向急彈折皺回復角分別為53.1°和56.9°，緩彈折皺回復角分別為63.5°和71.4°，其抗皺性整體上比空白織物略有提高。棉織物折皺形成與構(gòu)成棉織物材料的纖維素大分子有關(guān)。在纖維受到拉伸時，由于棉纖維素分子上有很多極性羥基，纖維素大分子或基本結(jié)構(gòu)單元取向度提高，或發(fā)生相對移動后在新的位置上重新形成新的氫鍵。當外力去除后，纖維分子間未斷裂的氫鍵以及分子的內(nèi)旋轉(zhuǎn)有使織物纖維拉回至初始狀態(tài)的趨勢，但因在新的位置上形成的氫鍵的阻滯作用，使系統(tǒng)不能立即回復，蠕變回復速度較小，導致棉織物出現(xiàn)折皺現(xiàn)象，使得折皺回復角減小?？椢锝?jīng)氨綸液雜化硅溶膠整理后，纖維表面會附著1層具有彈性的透明薄膜，當織物受到外力作用后，彈性薄膜具有很強的形狀記憶性能，有牽引所附著的棉纖維回復到受力前狀態(tài)的趨勢［6－7］。另外薄膜中的SiO2組分會封閉棉纖維上部分羥基，減小了羥基在新的位置上形成氫鍵的阻滯作用，使得折皺回復性能進一步提高。

表1 織物的折皺回復性能Tab.1 Wrinkle recovery properties of fabrics(°)

2.2 織物壓縮性能

在KES測試體系中，用壓縮線性度、壓縮比功和壓縮回彈性表征織物蓬松性。壓縮線性度、壓縮比功和壓縮回彈性越大，織物的蓬松性越好［8］。表2示出織物的壓縮特性?？煽闯?，經(jīng)氨綸液雜化硅溶膠整理后，棉織物的各項指標提高明顯，其中壓縮線性度提高了60.9%，壓縮比功提高了18.2%，壓縮回彈性提高了45.8%，表明改性后的織物蓬松性提高。

表2 織物壓縮特性Tab.2 Compressing property of fabrics

棉織物經(jīng)氨綸液整理后，棉纖維表面會形成一層透明彈性薄膜。在無外界作用力條件下，彈性薄膜不會改變棉織物中各纖維的形狀和分布形態(tài)，所以織物厚度不會因彈性薄膜的存在而減小。相反，由于彈性薄膜提高了織物紗線上絨毛的彈性，使得當有外物接近時紗線絨毛更有觸感和厚實感。

2.3 織物剪切性能

織物在其宏觀平面方向受到剪切力或力矩作用時，相互交錯的經(jīng)緯紗線相對滑移，即經(jīng)緯紗夾角發(fā)生變形，形成剪切變形。用剪切剛度和剪切變形滯后矩(0.5°)來表征織物柔軟度。織物的剪切剛度越小，柔軟度越大;織物在剪切角為0.5°時的剪切變形滯后矩越大，表征織物在剪切變形時能量損失越多，織物越易起皺。表3示出織物的剪切特性?？煽闯?，經(jīng)氨綸液雜化硅溶膠整理織物的經(jīng)緯向剪切剛度分別減小了39.5%和33.3%，而相對應的剪切變形滯后矩(0.5°)也分別減小了28.6%和24.5%，說明經(jīng)整理后織物容易發(fā)生剪切形變，織物柔性增加，而且由于氨綸彈性薄膜的存在，織物剪切形變時損失的能量減小，織物不容易起皺。

表3 織物剪切特性Tab.3 Shearing properties of fabrics N/cm

2.4 織物拉伸性能

表4示出織物的拉伸斷裂性能?？煽闯?，與未經(jīng)處理的空白對照織物相比，棉織物的經(jīng)緯向拉伸斷裂強力變化不大，變化率均小于2%。棉織物經(jīng)硅溶膠整理后其經(jīng)向斷裂伸長率由8.9%增大到9.7%，緯向斷裂伸長率由18.3%增大到19.8%，變化也不大。

表4 織物拉伸斷裂性能Tab.4 Tensile strength properties of fabrics

這是由于二氧化硅組分的存在，使得纖維間存在一定的抱合力，從而減少了纖維分子鏈之間的相對滑動趨勢，這種趨勢削弱了氨綸薄膜對彈性的促進作用，最終導致織物的斷裂伸長率變化不大。由于纖維表面的彈性薄膜在織物斷裂時仍維持了一定的張力，所以使得織物的拉伸斷裂強力和伸長率略微增加。

織物的拉伸斷裂性能雖然可以表征織物的斷裂強力和斷裂伸長率，但這只是宏觀量。為了更進一步地表征纖維拉伸時的受力情況，選用了KES測試體系中小應力下的拉伸測試。表5示出織物在小應力下的拉伸線性度、拉伸能量和拉伸回彈性。

拉伸線性度表示織物拉伸的難易程度，數(shù)值越小，織物拉伸初始變形越大，表示織物手感越柔軟，穿著舒適。從表中可看出，相對于空白對照織物，氨綸液雜化硅溶膠整理織物經(jīng)緯向的拉伸線性度數(shù)值有減小。拉伸能量表征織物的變形抵抗能力，拉伸能量越大表明織物的斷裂強力越大［9－10］。從表中可看出，織物拉伸能量均略有提高，說明織物的拉伸性能稍有提高。拉伸回彈性表征織物變形后的回復能力，其值越大，織物的拉伸彈性越好。經(jīng)整理后，織物的拉伸回彈性變大，表明織物受力拉伸后回彈性增大。織物的拉伸線性度、拉伸能量和拉伸回彈性性能的改善，歸因于氨綸液雜化硅溶膠的改性，氨綸薄膜的彈性轉(zhuǎn)移到棉纖維上。

表5 織物小應力拉伸特性Tab.5 Tensile strength properties of fabrics in small stress

2.5 織物彎曲性能

彎曲剛度表征織物的身骨剛?cè)嵝?，剛度越低，織物越柔軟，而彎曲滯后矩反映織物的活絡性、彈性，其值越小，表示織物越活絡。表6示出織物的彎曲特性?？煽闯觯?jīng)整理后，織物的彎曲剛度和彎曲滯后矩均有所降低，其中經(jīng)氨綸液雜化硅溶膠整理織物的經(jīng)緯向彎曲剛度分別減少了31.5%和21.7%，彎曲滯后矩分別減少了25.9%和46.3%。彎曲剛度和彎曲滯后矩降低的原因可能是硅溶膠在織物表面形成1層彈性薄膜，該彈性薄膜增強了棉纖維的天然彈性，使織物柔軟度和活絡感增加。

表6 織物彎曲特性Tab.6 Bending properties of fabrics

2.6 織物耐洗性能

圖1示出織物的質(zhì)量變化率?？煽闯?，經(jīng)氨綸液整理后織物的增重率為4.5%，而經(jīng)氨綸液雜化硅溶膠整理后織物的增重率為4.8%。水洗后空白對照織物的失重率為0.1%，經(jīng)氨綸液整理后織物水洗后的失重率達到了4.3%，而經(jīng)氨綸液雜化硅溶膠整理水洗后的失重率僅為1.3%。經(jīng)氨綸液雜化硅溶膠整理后水洗失重率的下降說明整理后織物具有一定的耐洗性。

2.7 織物毛細管效應

織物毛細管效應試驗結(jié)果表明:30min后，空白對照織物的液體上升高度為7.8 cm，而經(jīng)氨綸液雜化硅溶膠整理后的上升高度下降到5.4 cm，下降了30.8%。因聚氨酯組分是疏水的，所以織物經(jīng)氨綸液雜化硅溶膠整理后，其毛細管效應會明顯下降。由于棉是極易親水的，所以雖然毛細管效應下降了一些，但是織物仍具有一定的吸濕性。

圖1 織物質(zhì)量變化率Fig.1 Weight loss of fabrics

2.8 織物的白度

織物白度是評價紡織品泛黃性能的重要指標，織物白度的下降會影響織物顏色的明度和飽和度。未經(jīng)處理的織物白度是88.3%，而經(jīng)氨綸液雜化硅溶膠整理后的織物白度下降為84.6%。白度下降是由纖維表面的氨綸薄膜受熱引起氨綸鏈段上的芳香族異氰酸根發(fā)生變化，變成帶有黃色的物質(zhì)導致的，但白度值的下降比較小，低于4%，這不影響紡織品的應用和其他服用性能。

3 結(jié)論

通過溶膠 凝膠法利用正硅酸乙酯和氨水合成堿性硅溶膠，將廢舊氨綸纖維溶解后摻雜到堿性硅溶膠中，制備成氨綸液摻雜硅溶膠?？椢锝?jīng)氨綸液摻雜硅溶膠整理改性制備成具有抗皺性和良好織物風格的改性織物。與空白對照棉織物經(jīng)緯向急彈折皺回復角分別為54.6°和47.1°，緩彈折皺回復角分別為65.5°和60.0°相比，經(jīng)氨綸液雜化硅溶膠整理棉織物經(jīng)緯向急彈折皺回復角分別為69.5°和68.2°，緩彈折皺回復角分別為82.5°和77.0°。經(jīng)氨綸液雜化硅溶膠整理后，棉織物的壓縮特性、剪切特性、拉伸特性和彎曲特性均有所改善，而織物耐洗性能增強。經(jīng)氨綸液摻

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