紫外光接枝改性染料棉織物的性能分析

李 華，王 曉，蘭 金 霞，呂 麗 華，劉 國(guó) 軍

(大連工業(yè)大學(xué) 紡織與材料工程學(xué)院，遼寧 大連 116034)

0 引 言

近年來(lái)，紫外光引發(fā)聚合物材料表面光接枝改性技術(shù)被廣泛應(yīng)用于表面改性、表面功能化、高性能化甚至接枝成型技術(shù)等領(lǐng)域[1]。紫外輻射的光源及其設(shè)備成本低，反應(yīng)程度易控制，易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)，且所用的紫外光能量比較低，不會(huì)損壞材料的本體性能[2]。棉纖維素織物的接枝與染色方面的研究，集中于將棉纖維進(jìn)行接枝改性，提高陰離子染料的上染率和利用率，降低染色過(guò)程中電解質(zhì)的使用量，甚至實(shí)現(xiàn)無(wú)鹽染色[3－5]。本實(shí)驗(yàn)室已嘗試將染料與單體以離子鍵形式相結(jié)合，再利用紫外光將其接枝到織物表面，實(shí)現(xiàn)織物的染色。本試驗(yàn)將單體與染料進(jìn)行共價(jià)鍵合，再對(duì)棉織物進(jìn)行光接枝染色。

1 試 驗(yàn)

1.1 材 料

棉織物(10cm×10cm，市購(gòu))；C.I.活性紅198；2－甲基－3－丁烯－2－醇，Sigma－Aldrich；碳酸鈉和無(wú)水乙醇，分析純；醋酸，分析純；光引發(fā)劑，2，4，6－三甲基苯甲?；交趸?TPO)。

1.2 染色方法

1.2.1 染料的改性

配制質(zhì)量濃度為30g／L的染液，用碳酸鈉或醋酸調(diào)節(jié)pH 值，加入2－甲基－3－丁烯－2－醇單體，在冷凝條件下加熱，得到改性染料。采用正交法優(yōu)化染料改性工藝。各因素及水平見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)各因素及水平Tab.1 Factors and levels in optimal design

1.2.2 改性染料的紫外光接枝染色

將上述改性染料的染液稀釋質(zhì)量濃度為3g／L，加入光引發(fā)劑，通過(guò)噴染將染液轉(zhuǎn)移到棉織物上，然后放入U(xiǎn)V輻射裝置中進(jìn)行輻照，之后烘干、皂洗、水洗、烘干，探討適宜的光接枝條件。

1.3 性能測(cè)試方法

綜合上述探討結(jié)果，得出最佳光接枝染色織物的工藝。浸染染色采用3g／L的染料，浴比為1∶20，35℃始染，以0.5℃／min的速率升溫至60℃，染色30min后加入20g／L的Na2CO3進(jìn)行固色，再烘干、皂洗、水洗、烘干。

1.3.1 色差分析

采用符合CIE1976標(biāo)準(zhǔn)的D65光源的全自動(dòng)色差計(jì)。利用GSBA67002286陶瓷標(biāo)準(zhǔn)白板作為白度、色度測(cè)量用的定標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，以未經(jīng)染色的空白棉織物作為參比試樣，對(duì)紫外光接枝的棉織物與浸染染色織物綜合色差進(jìn)行比較測(cè)試。

1.3.2 拉伸性能測(cè)定

采用YG065型電子織物強(qiáng)力試驗(yàn)儀，對(duì)10cm×5cm的待測(cè)試樣恒濕測(cè)試。

1.3.3 剛?cè)嵝院捅砻婺Σ列阅軠y(cè)定

采用YG821L型織物風(fēng)格儀對(duì)5cm×5.5cm，正反面各測(cè)試一次，取平均值。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為FZ／T 01054.4—1999。

采用YG821L型織物風(fēng)格儀，布樣采用3cm×2.8cm和3cm×7.7cm，進(jìn)行表面摩擦性能的測(cè)定。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為FZ／T 01054.2—1999。

1.3.4 透氣性測(cè)定

采用YG461E型電腦式透氣性測(cè)試儀測(cè)試織物的透氣性，采用15cm×15cm布樣進(jìn)行透氣率測(cè)試。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為GB／T 5453—1997。

2 結(jié)果與討論

2.1 染料改性工藝分析結(jié)果

正交試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。根據(jù)極差大小可排列出對(duì)染料改性的影響因素從大到小依次為：反應(yīng)溫度、pH值、反應(yīng)時(shí)間和染料與單體的摩爾比。并且從極差值的大小可知，反應(yīng)溫度和pH值對(duì)染料改性的影響程度接近。最佳染料改性工藝條件是A2B4C4D2，即pH值為8，反應(yīng)溫度為70℃，反應(yīng)時(shí)間為60min，C.I.活性紅198與單體的摩爾比為1∶2。由方差分析知pH值和反應(yīng)溫度為顯著因素。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Results of orthogonal experiment

2.2 光接枝工藝分析結(jié)果

如圖1所示，染色色差隨紫外光照射時(shí)間的延長(zhǎng)先增加后降低，在3min時(shí)染色效果最好。這可能是由于光引發(fā)劑在紫外光作用下，在較短的時(shí)間內(nèi)便可以產(chǎn)生自由基，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，自由基的數(shù)量也逐漸增加，在棉織物表面引發(fā)接枝反應(yīng)，改性染料鏈增長(zhǎng)占主導(dǎo)地位，使得織物色差呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。此后鏈增長(zhǎng)反應(yīng)逐漸趨緩，并且均聚反應(yīng)占主導(dǎo)地位。因此照射時(shí)間宜采用3min。

圖1 紫外光照射時(shí)間對(duì)色差的影響Fig.1 Effect of UV irradiation time on the color difference

紫外光接枝棉織物染色色差與光引發(fā)劑用量的關(guān)系如圖2所示。隨著光引發(fā)劑用量的增加，織物的染色色差升高，但光引發(fā)劑用量增加到對(duì)單體質(zhì)量的3%后，提高光引發(fā)劑用量染色色差反而下降。光引發(fā)劑用量的提高意味著自由基數(shù)量的增多，自由基在引發(fā)接枝聚合反應(yīng)的同時(shí)，也大量引發(fā)了均聚反應(yīng)，均聚副反應(yīng)的發(fā)生影響以及降低改性染料的接枝率，進(jìn)而降低了織物色差。

圖2 光引發(fā)劑用量對(duì)色差的影響Fig.2 Effect of photoinitiator amount on the color difference

2.3 拉伸性能分析

如表3所示，與浸染染色法相比光接枝染色織物的拉伸性能降低3%，且與未處理的織物相比，拉伸性能都有一定程度的降低。這可能是由于紫外光改性處理對(duì)棉織物表面產(chǎn)生一定的刻蝕，使得纖維的拉伸性能產(chǎn)生不同程度的降低。

表3 織物拉伸性能Tab.3 Tensile properties of fabrics

2.4 剛?cè)嵝耘c表面摩擦性能分析

如表4所示，與浸染染色法織物相比，接枝處理的織物的硬挺度略提高約0.4%。靜摩擦系數(shù)和動(dòng)摩擦系數(shù)均有一定程度的提高，靜摩擦系數(shù)約提高8.1%，這可能是由于接枝處理的織物表面覆有一層2－甲基－3－丁烯－2－醇單體，織物硬挺度提高，摩擦系數(shù)增大，手感變粗糙。

2.5 透氣性分析

紫外光接枝染色后透氣率的影響如圖3所示，浸染染色法織物的透氣性明顯優(yōu)于紫外光接枝染色織物，這可能是纖維表面接枝的改性染料的接枝鏈減少了纖維間的縫隙，空氣透過(guò)織物的阻礙作用增大，透氣性下降。

表4 織物剛?cè)嵝阅躎ab.4 The stiffness of fabrics

圖3 織物透氣率Fig.3 The air permeability of fabrics

3 結(jié) 論

由正交分析可得適宜的染料改性工藝為：pH值為8，在70℃時(shí)反應(yīng)60min，染料與單體的摩爾比為1∶2。紫外光照射時(shí)間3min、光引發(fā)劑用量為對(duì)單體質(zhì)量的3%時(shí)染色效果最好。紫外光接枝染色的棉織物色差值、拉伸性能、透氣性、柔軟性能雖有一定程度的降低，但仍滿足服用性能要求。

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