用表面活性劑改善丙綸非織造布親水性的工藝優(yōu)化

王晶晶，解 芳，吳承龍

(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010080)

用表面活性劑改善丙綸非織造布親水性的工藝優(yōu)化

王晶晶，解 芳*，吳承龍

(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010080)

為改善丙綸非織造布的親水性能，采用十二烷基硫酸鈉和曲拉通兩種表面活性劑對(duì)其進(jìn)行浸漬處理，通過(guò)單因子和復(fù)配試驗(yàn)探析了其最佳處理工藝。結(jié)果表明，經(jīng)改性處理后丙綸非織造布的親水性得到了極大改善，且復(fù)配處理的效果優(yōu)于單因子，其最佳工藝為十二烷基硫酸鈉濃度0.15%，曲拉通濃度0.05%，浸漬溫度35 ℃，浸漬時(shí)間120 s。

丙綸非織造布；親水性；表面活性劑；工藝優(yōu)化

丙綸非織造布主要由等規(guī)聚丙烯組成，其分子結(jié)構(gòu)具有較高的立體規(guī)整性，因此比較容易結(jié)晶[1-2]。聚丙烯的突出優(yōu)點(diǎn)是低成本，易于處理，機(jī)械性能良好，化學(xué)穩(wěn)定性好無(wú)毒，是一種最常用的聚合物[3]。但是其聚合單體的單一性，使其分子鏈幾乎沒(méi)有-OH、-COOR等極性基團(tuán)和功能基團(tuán)，故其染色性、親水性、抗污性能差。

對(duì)疏水膜的表面親水化改性得到了越來(lái)越多的關(guān)注[4]，付薇應(yīng)用表面活性劑對(duì)丙綸改性后其親水性提升明顯[5]；蔡兵研究表面活性劑在非織造布表面的吸附提高了其表面親水性，其中陰離子型和非離子型表面活性劑的表面改性效果要優(yōu)于陽(yáng)離子型表面活性劑[6]。所以本項(xiàng)目選取在工業(yè)中廣泛應(yīng)用的十二烷基硫酸鈉和曲拉通X-100即辛基苯基聚氧乙烯醚兩種表面活性劑，來(lái)對(duì)丙綸非織造布進(jìn)行浸漬改性，在單因子試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)配試驗(yàn)，以探究其親水性的最佳改性工藝。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料和儀器

試驗(yàn)材料：丙綸非織造布，十二烷基硫酸鈉，曲拉通X-100，純凈水；試驗(yàn)儀器：烘箱，水浴鍋，電子秤等。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

(1)單因子試驗(yàn) 將丙綸非織造布裁剪成32塊布并分別編號(hào)，用十二烷基硫酸鈉處理的試樣編號(hào)為A1到A15；用曲拉通處理的試樣編號(hào)為B1到B15。另外，取兩張?jiān)荚嚇幼鳂颖荆瑯?biāo)為試樣1和試樣2。浸液濃度為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25% ；溫度為20、25、30、35、40 ℃；時(shí)間為60、90、120、150、180 s。

(2)復(fù)配試驗(yàn) 通過(guò)以上試驗(yàn)測(cè)得透水率，可得到每組試驗(yàn)的最佳濃度、浸漬溫度和浸漬時(shí)間；然后將兩種改性劑用各自的最佳配比進(jìn)行復(fù)配試驗(yàn)，測(cè)試改性后的透水率，并與原布和單種改性劑的改性效果進(jìn)行對(duì)比分析，得出最佳改性工藝。

1.3 測(cè)試方法

(1)吸水率[7]在標(biāo)準(zhǔn)狀況下用針筒吸取2 ml純凈水，均勻噴灑在垂直放置的布面上，通過(guò)稱取噴水前和噴水后布的重量來(lái)計(jì)算布的吸水率；重復(fù)噴水3次，取其平均值。

(2)實(shí)物圖 通過(guò)比較處理前、后樣布在滴水后的滲透情況，直觀分析其親水性。

(3)吸水時(shí)間 將試樣裁成15 cm×15 cm大小試樣，用松緊帶繃緊在燒杯口處，在燒杯口垂直上方1 cm處滴一滴水，記錄水滴對(duì)光鏡面反射消失的時(shí)間。

(4)毛細(xì)效應(yīng) 將試樣垂直夾持在支架上，下端浸入28 ℃恒溫水浴鍋中，水面位于布面0.8～1 cm處，30 min后觀察水面上升的高度，重復(fù)三次取其平均值。

(5)紅外光譜 對(duì)表面活性劑處理前、后的丙綸布試樣，用IR Affinity-1型傅里葉變換紅外光譜儀分析，以判斷有無(wú)新官能團(tuán)的產(chǎn)生。

2 結(jié)果和分析

2.1 丙綸非織造布原樣親水性

表1是丙綸非織造布原樣的親水性測(cè)試結(jié)果。由表1可看出，未經(jīng)處理的丙綸非織造布吸水性很差，幾乎不具備吸水能力，所噴水是以小水珠形態(tài)殘留在布表面的。

表1 織物原樣親水性測(cè)試結(jié)果

2.2 單因子試驗(yàn)分析

2.2.1 浸漬濃度

選用相同的浸漬溫度和時(shí)間，考察表面活性劑濃度對(duì)親水性的影響，如圖1所示。

由圖1可知，用十二烷基硫酸鈉改性時(shí)隨著濃度的升高，吸水率緩慢上升后又緩慢降低，當(dāng)濃度為0.15%時(shí)改性效果最佳；用非離子表面活性劑曲拉通改性時(shí)隨著濃度的升高，吸水率整體上呈下降趨勢(shì)，當(dāng)濃度為0.05%時(shí)處理效果最佳。并且在各自的最佳濃度條件下，十二烷基硫酸鈉的改性效果要優(yōu)于曲拉通。

對(duì)用十二烷基硫酸鈉處理，當(dāng)濃度為0.05%～0.1%時(shí)表面活性劑的疏水基團(tuán)與丙綸布結(jié)合，親水基團(tuán)伸向空氣中通過(guò)定向排列形成吸附層，吸水率從81.05%提高到82.55%，提升了丙綸布的親水性；隨著濃度從0.1%增加到0.15%時(shí)吸附層增多，吸水率上升到93.05%，親水性進(jìn)一步提高；當(dāng)濃度達(dá)到最適濃度時(shí)繼續(xù)增大濃度，表面活性劑就會(huì)疊加，親水基與親水基結(jié)合，疏水基伸向空氣中降低了織物表面的親水性，吸水率反而下降到85.25%。

2.2.2 浸漬時(shí)間

選用各自的最佳濃度，固定相同的浸漬溫度，浸漬時(shí)間對(duì)親水性的影響如圖2所示。

由圖2可看出，用十二烷基硫酸鈉改性時(shí)，吸水率緩慢升高后又下降，在120 s時(shí)改性效果最佳；用曲拉通改性時(shí)，吸水率也是先升高后降低，浸漬時(shí)間為150 s時(shí)改性效果最佳。并且在各自最佳濃度和浸漬時(shí)間條件下，曲拉通的改性效果要優(yōu)于十二烷基硫酸鈉。

由于溶液濃度需要維持在一種平衡狀態(tài)，故開(kāi)始時(shí)丙綸布表面的濃度較低，表面活性劑產(chǎn)生遷移吸附在丙綸布表層，形成親水層；隨著時(shí)間的延長(zhǎng)丙綸布表面的濃度慢慢與溶液濃度一致，十二烷基硫酸鈉達(dá)到平衡所需時(shí)間為120 s，曲拉通為150 s，此時(shí)丙綸布在單種表面活性劑改性時(shí)效果最佳。繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間丙綸布表面的濃度大于溶液濃度后，表面活性劑又向溶液中遷移，故丙綸布的親水性反而降低。

2.2.3 浸漬溫度

選用各自最佳的濃度和浸漬時(shí)間，浸漬溫度對(duì)親水性的影響如圖3所示。

由圖3可看出，由于試驗(yàn)誤差的存在，曲線規(guī)律不很明顯；但整體上用兩種表面活性劑改性后丙綸的吸水率隨著溫度的升高而增大，當(dāng)超過(guò)最適溫度時(shí)吸水率又下降。并且兩種表面活性劑的最適浸漬溫度均為35 ℃，此時(shí)改性效果最佳。這是因?yàn)殡S著溫度的升高，溶解性增大表面活性劑的分散性增強(qiáng)，改性效果增強(qiáng)；當(dāng)超過(guò)最適溫度時(shí)溶解性降低，吸水率下降。

由上可得出，用十二烷基硫酸鈉對(duì)丙綸非織造布改性的最佳方案為濃度0.15%，浸漬溫度35 ℃，浸漬時(shí)間120 s；用曲拉通改性的最佳方案為濃度0.05%，浸漬溫度35 ℃，浸漬時(shí)間150 s。兩種表面活性劑在各自最佳工藝條件下，曲拉通的改性效果略優(yōu)于十二烷基硫酸鈉。

2.3 復(fù)配試驗(yàn)分析

確定兩種復(fù)配方案，C1：十二烷基硫酸鈉濃度0.15%，浸漬溫度35 ℃，浸漬時(shí)間120 s；曲拉通濃度0.05%，浸漬溫度35 ℃，浸漬時(shí)間120 s。C2：十二烷基硫酸鈉濃度0.15%，浸漬溫度35 ℃，浸漬時(shí)間150 s；曲拉通濃度0.05%，浸漬溫度35 ℃，浸漬時(shí)間150 s。其復(fù)配試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 復(fù)配試驗(yàn)結(jié)果

從表2可看出，當(dāng)用0.15%濃度的十二烷基硫酸鈉和0.05%濃度的曲拉通復(fù)配，浸漬溫度35 ℃，浸漬時(shí)間120 s時(shí)，改性效果最佳達(dá)到了98.35%。另外，試驗(yàn)證明，復(fù)配的改性效果要明顯優(yōu)于單種表面活性劑的改性效果。

2.4 試樣實(shí)照

圖4-7記錄了在不同試樣上滴2 ml純凈水，2 s過(guò)后的實(shí)照?qǐng)D像。由此可看出，未經(jīng)處理的試樣吸水性很差，幾乎不吸水，水在布面形成一個(gè)大水珠可輕易去除。經(jīng)處理后的試樣親水性得到明顯改善，水滴在布上很快便吸收進(jìn)去；且圖7試樣相較前面兩組水潤(rùn)濕更均勻，說(shuō)明其親水性更好。即復(fù)配試驗(yàn)效果要優(yōu)于單種改性效果。

2.5 吸水時(shí)間

從丙綸試樣上選取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行吸水時(shí)間試驗(yàn)，得到5個(gè)測(cè)試結(jié)果取其平均值，如表3所示。試驗(yàn)結(jié)果顯示復(fù)配后的效果要遠(yuǎn)優(yōu)于未處理原樣。

表3 吸水時(shí)間測(cè)試結(jié)果 單位：s

2.6 毛細(xì)效應(yīng)

表4是對(duì)原樣和復(fù)配處理樣3次毛細(xì)效應(yīng)測(cè)試情況。由表4可知，未經(jīng)處理的丙綸布水的上升高度為零，基本不具有親水性，經(jīng)復(fù)配處理后上升高度大增，復(fù)配處理很好地提升了丙綸布的親水性。

表4 毛細(xì)效應(yīng)測(cè)試結(jié)果 單位：mm·(30 min)-1

2.7 紅外光譜

由圖8可知，經(jīng)表面活性劑處理后丙綸非織造布產(chǎn)生了新的吸收峰，分別位于1 100 cm-1附近的親水性醚鍵(C-O-C)，1 200 cm-1附近的S=O，1 300-1 500 cm-1的-OH、3 600-3 750 cm-1的-OH。即經(jīng)處理后丙綸布表面引入了新的親水活性基團(tuán)。

3 結(jié)論

用十二烷基硫酸鈉和曲拉通X-100兩種表面活性劑都能使丙綸非織造布獲得良好的親水性，且以兩種改性劑的最佳配比做復(fù)配改性的效果要明顯優(yōu)于用單一改性劑的改性效果。

十二烷基硫酸鈉的最佳改性工藝為濃度0.15%，浸漬時(shí)間120 s，溫度35 ℃；曲拉通X-100的最優(yōu)改性工藝為濃度0.05%，浸漬時(shí)間150 s，溫度35 ℃。兩種表面活性劑復(fù)配處理的最優(yōu)工藝為十二烷基硫酸鈉濃度0.15%，曲拉通X-100濃度0.05%，浸漬溫度35 ℃，浸漬時(shí)間120 s。

[1] 譚長(zhǎng)江. 聚丙烯/氫氧化鎂復(fù)合材料結(jié)晶行為研究[D].北京：北京化工大學(xué)，2012.

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Process Optimization of the Hydrophilicity of Polypropylene Nonwovens Using Surfactant

WANG Jing-jing, XIE Fang*, WU Cheng-long

(Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010080, China)

Sodium dodecyl sulfate (SDS) and nonionic surfactant Triton were used to dipping finishing on polypropylene nonwoven fabric to improve the hydrophilicity. The optimum process was explored through the single factor and compound experiment. The results showed that the hydrophilicity of the modified polypropylene (PP) nonwoven cloth was greatly improved, and the experiment of complex treatment effect was better than that of single factor. The optimum process was sodium dodecyl sulfate concentration of 0.15%, Triton concentration of 0.05%, impregnation temperature of 35 ℃, and dipping time of 120 s.

polypropylene nonwovens; hydrophilic; surface active agent; process optimization

2016-08-30；

2016-09-02

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)校重點(diǎn)基金項(xiàng)目(ZD201321)；內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目(NJZY16097)

王晶晶(1987-)，女，河北保定人，在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)椴牧细男浴?/p>

*通信作者：解 芳，副教授，E-mail:xiefzhl@163.com。

TQ423

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1673-0356(2016)10-0022-04