無氟酯化修飾法對滌綸織物的超疏水整理

張艷波

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無氟酯化修飾法對滌綸織物的超疏水整理

張艷波

（武漢紡織大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，湖北 武漢 430200）

根據(jù)荷葉效應(yīng)的機(jī)理，使用簡單的化學(xué)刻蝕法，以氫氧化鈉溶液作為刻蝕劑，在滌綸織物表面上構(gòu)筑出具有微/納米級(jí)雙尺寸粗糙度的表面，以低表面能有機(jī)物十八烷酸乙醇溶液進(jìn)行酯化修飾。重點(diǎn)研究刻蝕動(dòng)力學(xué)條件如刻蝕濃度、刻蝕溫度、刻蝕時(shí)間等因素對纖維表面粗糙度、減量率、強(qiáng)力的影響規(guī)律。依據(jù)“較為理想的粗糙面、酯化修飾較為理想的接觸角、較好的自清潔性能、不損失力學(xué)性能”原則，優(yōu)化了刻蝕劑濃度、溫度和時(shí)間三個(gè)影響因素。通過對滌綸樣的功能整理，制備了超疏水滌綸織物樣，且通過一定次數(shù)的水洗，仍然具有良好的疏水性。

刻蝕法；低表面能；酯化修飾；超疏水滌綸織物

滌綸是非常重要的紡織原料，自滌綸問世以來，就得到了快速的發(fā)展，無論從全球纖維產(chǎn)量來看，還是從我國纖維產(chǎn)量來看，滌綸都是非常重要的紡織原料[1]。滌綸織物由于具有強(qiáng)度高、耐磨性好、尺寸穩(wěn)定、抗皺性優(yōu)良、不易霉變、蟲蛀等優(yōu)良性能已成為主要的服裝面料[2]。滌綸纖維以其特有的物理機(jī)械性能和化學(xué)性能不但廣泛應(yīng)用于服用紡織品，而且廣泛應(yīng)用于非服用紡織品領(lǐng)域[3]。因?yàn)橛晏?、垂釣、野外活?dòng)、水上作業(yè)、帳篷、倉庫或堆場的遮蓋物等，則需要紡織品具有良好的疏水性和一定的自清潔性能。目前拒水劑進(jìn)行疏水處理有不少的弊端，其他處理方法和技術(shù)也不成熟，急需探究新的方法、新思路對滌綸織物、或滌綸混紡織物進(jìn)行疏水功能整理[4-7]。

本試驗(yàn)根據(jù)根據(jù)荷葉效應(yīng)的機(jī)理[8-9]，使用簡單的化學(xué)刻蝕法，以氫氧化鈉溶液作為刻蝕劑，在滌綸織物表面上構(gòu)筑出一定粗糙度的表面[10]，以低表面能有機(jī)物十八烷酸乙醇溶液進(jìn)行酯化修飾。

1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品

本實(shí)驗(yàn)所用藥品見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)藥品

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)儀器見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)儀器

2 制備工藝流程及性能測試

2.1 制備工藝流程

滌綸纖維(PET)成分是聚對苯二甲酸乙二醇酯大分子組成 ，刻蝕時(shí)酯鍵水解，產(chǎn)生羥基端和羧基端，理論上刻蝕為酯化提供了羥基端。在確定好的刻蝕條件下刻蝕后，在滌綸織物表面上構(gòu)筑出較為合適的粗糙表面后，再以低表面能有機(jī)物十八烷酸丙酮溶液進(jìn)行酯化修飾。采用先刻蝕，后酯化修飾工藝，流程圖如圖1所示。

圖1 酯化修飾法工藝流程圖

2.2 性能測試

強(qiáng)力測試：使用萬能強(qiáng)力機(jī)，對規(guī)格式樣20*5cm滌綸布樣進(jìn)行五經(jīng)五緯向拉伸強(qiáng)力測試，并取其平均值。

接觸角測試：水量5μL，當(dāng)水滴與織物接觸后90s后讀數(shù)。在同一布樣的不同位置測量5次，取平均值。

耐水洗性能測試：按照AATCC測試方法61-2003《洗滌不褪色，家用和商用：加速》的方法進(jìn)行測定；

疏水效果：參照國標(biāo)GB/T5554-1997 《表面活性劑 織物助劑防水劑防水力測定法 標(biāo)準(zhǔn)法》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；

淋水效果：按照國標(biāo)GB/T4745-1997《紡織織物 表面抗?jié)駵y定沾水試驗(yàn)》描述的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 化學(xué)刻蝕劑濃度對滌綸織物失重率及力學(xué)性能的影響

對滌綸布樣進(jìn)行化學(xué)刻蝕后，隨著布樣的重量損失，其強(qiáng)力與伸長會(huì)有所降低。對于織物的最終用途來說無論是穿著還是工業(yè)用布其強(qiáng)力都要達(dá)到一定的要求。一般來說，其強(qiáng)力越高越好。為了得到布樣失重率與強(qiáng)力損失的關(guān)系，本試驗(yàn)化學(xué)刻蝕時(shí)間為：25min，化學(xué)刻蝕浴比為1:60，刻蝕溫度為：75℃（玻璃化溫度Tg范圍為67-81℃，因此選擇此溫度?；瘜W(xué)刻蝕濃度對滌綸織物失重率及力學(xué)性能的影響如表3。

表3 滌綸織物失重率及力學(xué)性能的影響

圖2 刻蝕時(shí)間對滌綸織物失重率的影響

由表3可知，失重率隨刻蝕濃度增大而增加，失重率越大強(qiáng)力損失也越大，大致情況是失重率每增加1%，斷裂強(qiáng)力損失增加2%，同時(shí)斷裂伸長也隨著失重率的增加而減少，也可以說是滌綸布樣的彈性和韌性隨失重率增加而減弱?？涛g濃度為20-40 g/L時(shí)，失重率、強(qiáng)力損失，斷裂伸長等影響率不大，即不影響滌綸織物使用。因此選擇刻蝕濃度為30g/L。

3.2 刻蝕時(shí)間對滌綸織物失重率的影響

在浴比1:60，處理溫度為75℃。氫氧化鈉用量30g/L的條件下，化學(xué)刻蝕時(shí)間對滌綸布樣失重率的影響如圖2所示。

由圖2可見：隨著刻蝕時(shí)間的延長，織物的失重率也隨之增加，但失重率變化逐漸緩慢。0至50min處理時(shí)間段，失重速率均勻且不高、失重率平穩(wěn)提高，所以該處理時(shí)間區(qū)間可以做為最終選擇刻蝕時(shí)間段，選定刻蝕時(shí)間為25min。

3.3 化學(xué)刻蝕滌綸樣在不同酯化修飾劑濃度下的測試及結(jié)果分析

化學(xué)刻蝕滌綸樣酯化修飾處理是本試驗(yàn)的重要研究內(nèi)容之一。化學(xué)刻蝕樣在不同酯化修飾劑濃度下的測試結(jié)果如圖3、圖4。

由圖3、圖4可以判斷：酯化修飾質(zhì)量濃度大概在2.5%-3%，洗滌前后的增重率達(dá)到飽和，其中洗滌后增重率達(dá)到飽和的酯化修飾劑濃度為2.5%，因此選擇酯化修飾劑濃度為2.5%。經(jīng)過相似的實(shí)驗(yàn)和測試分析，選定了較為合適的酯化修飾時(shí)間為45min。

圖3 不同酯化修飾劑濃度下滌綸樣增重率情況

圖4 不同酯化修飾劑濃度下滌綸樣接觸角變化情況

3.4 在已定處理?xiàng)l件下的滌綸處理樣各項(xiàng)性能測試分析

根據(jù)前面的結(jié)果與討論，較為理想的滌綸樣處理?xiàng)l件為：化學(xué)刻蝕浴比為1:60、刻蝕溫度已經(jīng)定為75℃、刻蝕時(shí)間定為了25min、刻蝕濃度定為30g/L、酯化修飾浴比為1:60、酯化修飾濃度2.5%、酯化修飾溫度為60℃、酯化修飾時(shí)間45min、催化劑濃硫酸用量0.5ml，目前的研究是在常壓下進(jìn)行酯化修飾。

圖5 滌綸處理樣增重率隨洗滌次數(shù)的變化情況

注：洗滌次數(shù)為“0”表示洗滌前。

圖6 滌綸處理樣接觸角隨洗滌次數(shù)的變化情況

注：洗滌次數(shù)為“0”表示洗滌前。

3.4.1 滌綸處理樣洗滌前及不同洗滌次數(shù)后的增重率和接觸角情況

對于處理樣的穩(wěn)定性問題，對滌綸處理樣不同洗滌次數(shù)后的增重率和接觸角情況進(jìn)行了測試分析，測試結(jié)果見圖5、圖6。

根據(jù)圖5可以判斷：滌綸處理樣增重率隨洗滌次數(shù)的增多而減少，洗滌次數(shù)相對較少時(shí)，增重率減少更明顯，洗滌10次以后增重率減少情況基本上達(dá)到穩(wěn)定。根據(jù)圖6可以判斷：滌綸處理樣接觸角隨洗滌次數(shù)的增多而減小，洗滌次數(shù)相對較少時(shí)，接觸角減小更明顯，洗滌15次以后接觸角減小情況基本上達(dá)到穩(wěn)定，均超過120°，結(jié)合圖5增重率數(shù)據(jù)可以分析出的原因就是：有穩(wěn)定量的十八酸通過化學(xué)鍵結(jié)合到滌綸樣上了，而使處理樣較為穩(wěn)定的疏水性。

圖7 酯化修飾處理滌綸樣經(jīng)洗滌后的接觸角情況

對經(jīng)化學(xué)刻蝕酯化修飾后的滌綸處理樣進(jìn)行與水的接觸角測試，測試結(jié)果如圖7。（注：其中圖片(a)除外，僅作為對照觀察）。在圖7中，(a)為僅經(jīng)過化學(xué)刻蝕處理并烘干后在1秒鐘內(nèi)，測得的接觸角值，由圖看出水滴基本上被滌綸布樣吸收完畢，表現(xiàn)出很強(qiáng)的親水性；(b)酯化修飾完畢而未經(jīng)洗滌后測得的接觸角值，取的是求平均值時(shí)五次值中較大一個(gè)值；(c)、(d)、(e)、(f)分別為經(jīng)過5次、10次、15次、20次洗滌后測得的其中各自相對應(yīng)的求平均值時(shí)五次值中的某一個(gè)值。

表4 織物疏水等級(jí)描述

由圖7可判斷：酯化修飾法可制備超疏水滌綸織物，經(jīng)過多次洗滌仍具有穩(wěn)定而良好的疏水性，接觸角能達(dá)到120°以上。

3.4.2 滌綸處理樣在不同洗滌次數(shù)條件下的淋水測試情況

根據(jù)表4的疏水等級(jí)分類，滌綸處理樣在不同洗滌次數(shù)條件下的淋水測試情況見表5。

表5 所產(chǎn)物超疏水滌綸織物耐水洗等級(jí)表

根據(jù)表4、5，可以判斷：（1）酯化修飾后的C組樣，在少于等于5次的洗滌條件下，疏水等級(jí)達(dá)到最高級(jí)別5級(jí)；（2）酯化修飾后的C組樣，經(jīng)過20次的洗滌，疏水等級(jí)仍可以達(dá)到4級(jí)；（3）雖然10次、15次、20次洗滌后，滌綸處理C組樣仍可以達(dá)到4級(jí)，但從表面上觀察，有細(xì)微的減弱。

4 結(jié)論

（1）酯化修飾后未經(jīng)水洗的滌綸樣平均接觸角達(dá)到151°，達(dá)到超疏水的效果；經(jīng)10次以下的洗滌接近超疏水狀態(tài)；經(jīng)過10次以上洗滌，即使相當(dāng)于皂洗液20次洗滌處理樣的接觸角也能達(dá)到123°，滌綸樣有較好的疏水效果，且能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；

（2）經(jīng)過一整套工藝流程的滌綸處理樣：實(shí)際質(zhì)量基本不變，強(qiáng)力損失大約在5%左右，機(jī)械性能影響較小，不影響使用。

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Method of Super Hydrophobic Finishing of Polyester Fabric without Fluoride Esterification Modified

ZHANG Yan-bo

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430200, China)

In this work, the superhydrophobic PET fabrics were fabricated via a simple chemical etching method based on the lotus-leaf effect after modification of low-surface-energy stearic acid. As for the chemical etching process, the sodium hydroxide aqueous solution was acted as the etchant and a lot of micro-/nanoscale roughness was constructed on the surface of the PET fabrics. The effects of etching kinetics including the concentration of etchants, etching temperature and etching time on the surface roughness, weight loss and mechanical properties were specially studied. To obtain a relatively ideal surface roughness, a large contact angle after esterification modificationexhibiting a relatively good anti-washing and anti-abrasion ability. Note that the obtained superhydrophobic PET fabrics after a simulation experiment. they still have a good anti-washing，affter washing more times.

Etching; Low surface energyt; Esterification; Superhydrophobic PET Fabrics

張艷波（1983-），男，實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向：功能紡織品

TS195.57

A

2095－414X(2014)06－0019－05