光致變色微膠囊雜化溶膠整理織物的濕舒適性研究

范 菲

(五邑大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，廣東 江門 529030)

光致變色微膠囊雜化溶膠整理織物的濕舒適性研究

范 菲

(五邑大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，廣東 江門 529030)

通過(guò)Stober法制備膠粒尺寸均勻的二氧化硅溶膠，在正硅酸乙酯和氨水用量均為3 ml的條件下，隨著無(wú)水乙醇用量從20 ml增加到40 ml，制備的硅溶膠黏度從14 mPa·s降低到5 mPa·s。利用0.08%含氫硅油對(duì)硅溶膠進(jìn)行改性后Zeta電位從-31.34 mV下降到-20.69 mV，穩(wěn)定性有所下降，粒徑僅增加了12.6 nm。利用改性二氧化硅光致變色微膠囊雜化溶膠整理織物后，織物的芯吸性能、透氣性和透濕性能均有所降低。在織物紗號(hào)和經(jīng)緯密相當(dāng)?shù)臈l件下，純苧麻樣品比純棉樣品濕舒適性好；紗號(hào)越大，經(jīng)緯密越小的樣品濕舒適性能越好。

改性二氧化硅溶膠；光致變色微膠囊；涂層；濕舒適性

光致變色微膠囊可以通過(guò)整理劑，用軋-烘-焙、噴涂法、浸漬法和絲網(wǎng)印刷技術(shù)，采用膠黏劑應(yīng)用到織物上[1]。然而，這些技術(shù)存在一些如濕傳導(dǎo)、透濕及透氣性差，阻礙活性物質(zhì)釋放等缺點(diǎn)[2]，在很大程度上限制了它們的應(yīng)用。微膠囊粒度較小，分散度高，并具有較大的表面積，將光致變色微膠囊和改性后的二氧化硅溶膠混合均勻后，當(dāng)溶膠的溶劑揮發(fā)陳化成凝膠狀態(tài)時(shí)，光致變色微膠囊可通過(guò)物理吸附、氫鍵和范德華力等作用附著于二氧化硅膠粒載體上面。通過(guò)軋-焙-烘及涂層方法在織物纖維表面發(fā)生縮合反應(yīng)形成具有優(yōu)良吸附結(jié)合力的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以讓整理后的織物光致變色均勻，并具有較好的耐水洗牢度。這種方法為改進(jìn)光致變色微膠囊與織物的結(jié)合牢度提供一種新穎的途徑，賦予織物防水的功效，同時(shí)使織物具有良好的濕舒適性，為其在運(yùn)動(dòng)裝和戶外服裝上的應(yīng)用提供更新穎、深入的研究。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試劑、材料及儀器

試劑：2-(4′-N,N-二甲胺基苯偶氮基)蒽醌(CP),深圳變色化工科技有限公司；4,4′-二苯基甲烷二異氰酸酯(CP)，氫醌雙醚(CP)，東京化成株式會(huì)社；聚乙二醇(工業(yè)級(jí))，辛酸亞錫(工業(yè)級(jí))，1,3-丁二醇(CP)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；乙酸丁酯(CP)，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；殼聚糖(DD：80%，BR)，Sigma化學(xué)試劑有限公司；檸檬酸(CP),戊二醛(CP),液體石蠟(工業(yè)級(jí))，丙酮(CP)，異丙醇(CP),石油醚(CP),無(wú)水乙醇(CP)，次亞磷酸鈉(CP),氫氧化鈉(CP)，廣東光華科技股份有限公司；正硅酸乙酯(AR)，硅酸鈉(CP)，天津市大茂化學(xué)試劑廠；氨水(25%，AR)，雙氧水(30%，CP)，西隴化工股份有限公司；二月桂酸二丁基錫(CP)，廣州時(shí)盛化工有限公司；含氫硅油(0.08%，工業(yè)級(jí))，青島豐虹化工有限公司。

材料：改性二氧化硅光致變色微膠囊雜化溶膠整理的織物有4種，分別為1#、2#、3#和4#，其中1#是純棉(32 tex，經(jīng)緯密176×136根/10 cm)；2#是苧麻(28 tex，經(jīng)緯密120×120根/10 cm)；3#是純棉(28 tex，經(jīng)緯密216×116根/10 cm)；4#是純棉(28 tex，經(jīng)緯密136×136根/10 cm)。

儀器：HJ-3型恒溫磁力攪拌器(常州市華普達(dá)教學(xué)儀器有限公司)，DZF-6021型真空干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)，Y101A-2型電熱鼓風(fēng)烘箱(寧波紡織儀器廠)，HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋(常州科邁實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)，TGL-10B型高速臺(tái)式離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠)，PL203型電子天平(梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司)，Zetaplus型Zeta電位及激光粒度分析儀(美國(guó)布魯克海文儀器公司)。YG(B)812型織物滲水性測(cè)定儀(溫州大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠)，YG(B)871型毛細(xì)管效應(yīng)測(cè)定儀(溫州大榮紡織儀器有限公司)，YG(B)216-Ⅱ型織物透濕量?jī)x(溫州大榮紡織儀器有限公司)，YG461E/I型數(shù)字式透氣量?jī)x(寧波紡織儀器廠)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 雙殼聚氨酯-殼聚糖光致變色微膠囊的制備

利用原位聚合法制備雙殼聚氨酯-殼聚糖光致變色微膠囊。先用原位聚合法制備單殼聚氨酯光致變色微膠囊。根據(jù)芯壁質(zhì)量比為1∶4，稱取一定量2-(4′-N,N-二甲胺基苯偶氮基)蒽醌(MDI)，溶解在50 ml乙酸丁酯中，均質(zhì)后倒入三口燒瓶中待用。依次將稱好的一定量的MDI、聚乙二醇400(PEG400)和辛酸亞錫加入三口燒瓶中,在室溫下機(jī)械攪拌反應(yīng)2.5 h后得到預(yù)聚體。將適量氫醌雙醚(HQEE)、1,3-丁二醇加入預(yù)聚溶液中，在90 ℃下攪拌進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng)10 min形成聚氨酯微膠囊壁，通過(guò)離心分離制得微膠囊產(chǎn)物，用丙酮和無(wú)水乙醇反復(fù)清洗去除未反應(yīng)的MDI、單體和未包覆的光致變色化合物。將清洗過(guò)的微膠囊放置于真空干燥箱中在75 ℃下干燥8 h，然后存放在硅膠干燥器中保存待用。將濃度為10 g/L的殼聚糖溶解于20 ml濃度為20 g/L的檸檬酸溶液中，并不斷攪拌至溶液呈透明狀態(tài)。稱取0.5 g聚氨酯微膠囊，利用濃度為2 g/L的Tween 80做為分散劑將其分散于去離子水中，攪拌后加入到制備好的殼聚糖溶液中，并一起加入到50 ℃且裝有100 ml含50 g/L Tween 80的恒溫液體石蠟中。用聚四氟乙烯攪拌棒攪拌此混合液20 min，控制速度為1 100 r/min，再冰浴降溫到7 ℃，逐滴滴加0.7 ml戊二醛的水溶液到混合液中，再攪拌90 min，讓微膠囊固化，把得到的微膠囊產(chǎn)物放置在離心機(jī)中對(duì)它進(jìn)行離心分離。為了盡量除去一些未反應(yīng)的單體和分散劑，還應(yīng)用石油醚和異丙醇進(jìn)行多次沖洗，之后把微膠囊放在真空干燥箱里，把烘箱溫度調(diào)到75 ℃，干燥8 h，之后存放在干燥皿中[3]。

1.2.2 不同黏度二氧化硅溶膠的制備

一般情況下，二氧化硅溶膠的黏度越低，其穩(wěn)定性越好，更適合用來(lái)整理織物，而且低黏度的二氧化硅溶膠對(duì)纖維的附著力更強(qiáng)，能形成均勻且穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此在制備實(shí)驗(yàn)所需的二氧化硅溶膠前，先探討無(wú)水乙醇用量對(duì)溶膠黏度的影響，從而找到一種穩(wěn)定性較好的，對(duì)織物的附著力更強(qiáng)且能均勻分布于織物表面的二氧化硅溶膠[4]。具體操作：在錐形瓶中分別加入20、25、30、35、40 ml的無(wú)水乙醇，再分別加入3 ml濃度為25%的氨水，之后將錐形瓶放置在恒溫磁力攪拌器上，在60 ℃的條件下激烈攪拌反應(yīng)30 min，使無(wú)水乙醇和氨水(25%)充分混合均勻，用保鮮膜封住錐形瓶口，防止乙醇快速揮發(fā)。再量取3 ml正硅酸乙酯(TEOS)，用膠頭滴管逐滴加入錐形瓶中，之后繼續(xù)攪拌2 h。攪拌結(jié)束后，放在室溫下靜置12 h，即可制得5種不同黏度，尺寸均一且穩(wěn)定性好的泛藍(lán)光二氧化硅溶膠。

1.2.3 改性二氧化硅溶膠的制備

向裝有50 ml二氧化硅溶膠的錐形瓶中滴加2滴催化劑二月桂酸二丁基錫，再滴加1 ml含氫量為0.08%的含氫硅油，用保鮮膜封住錐形瓶口。將裝有少量水的大燒杯放置在磁力攪拌器上并調(diào)節(jié)水的溫度達(dá)到40 ℃，再將錐形瓶平穩(wěn)放置在大燒杯中，在40 ℃條件下攪拌反應(yīng)4 h。

1.2.4 改性二氧化硅光致變色微膠囊雜化溶膠的制備

將制備好的光致變色微膠囊均勻加入改性后的二氧化硅溶膠載體中，在加熱的條件下加快硅溶膠的陳化速度，使之形成凝膠狀態(tài)，光致變色微膠囊便能夠通過(guò)物理吸附、氫鍵、范德華力等作用固定在改性后的二氧化硅溶膠載體上[5]。

1.2.5 改性二氧化硅光致變色微膠囊雜化溶膠整理織物

用涂層法將改性二氧化硅光致變色微膠囊雜化溶膠整理到織物表面。將樣品放于電熱鼓風(fēng)烘箱中，在80 ℃下預(yù)烘5 min，130 ℃溫度下烘焙2 min[5]。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 二氧化硅溶膠的黏度

采用SNB-1數(shù)字旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，測(cè)試無(wú)水乙醇用量分別為20、25、30、35、40 ml制得的二氧化硅溶膠的黏度,每種樣品各測(cè)試3次，取平均值。

1.3.2 改性前后二氧化硅溶膠膠體性能

采用美國(guó)Brookhaven Instruments公司的ZetaPlus電位及激光粒度分析儀，將改性前后的二氧化硅溶膠分別用乙醇稀釋40倍后，裝入測(cè)試皿中測(cè)量改性前后二氧化硅溶膠膠體的Zeta電位和粒徑。

2 結(jié)果與討論

2.1 無(wú)水乙醇的用量對(duì)溶膠黏度的影響

二氧化硅溶膠的黏度會(huì)影響它的穩(wěn)定性能，還會(huì)影響它在織物上的附著性。較低黏度的硅溶膠穩(wěn)定性能較好，能均勻附著于織物外表面且有較強(qiáng)的附著力。無(wú)水乙醇的用量對(duì)溶膠的黏度造成一定的影響，它們的關(guān)系如圖1所示。在正硅酸乙酯和氨水用量相同的條件下，當(dāng)無(wú)水乙醇用量為20 ml時(shí)，制得硅溶膠的黏度為14 mPa·s，而當(dāng)無(wú)水乙醇用量為40 ml時(shí)，硅溶膠黏度降低至5 mPa·s。即隨著無(wú)水乙醇用量增加，所制備的二氧化硅溶膠的黏度減小。

圖1 無(wú)水乙醇用量與二氧化硅溶膠黏度的關(guān)系

無(wú)水乙醇用量為40 ml時(shí)制得的是泛藍(lán)光的透明硅溶膠。當(dāng)無(wú)水乙醇的用量較少時(shí)，硅溶膠不再是微微泛藍(lán)光的透明溶液而呈現(xiàn)出乳白色，膠體粒徑變大。由于無(wú)水乙醇在該反應(yīng)中既充當(dāng)共溶劑，又是正硅酸乙酯(TEOS)水解的產(chǎn)物，當(dāng)它含量較多時(shí)，降低了正硅酸乙酯的濃度，從而降低了溶膠的黏度。另外乙醇的增加不利于正硅酸乙酯的水解，進(jìn)而降低縮聚反應(yīng)的速率，得到較少的聚合物，不易發(fā)生團(tuán)聚，因而粒徑較小，溶膠呈透明狀且微泛藍(lán)光，黏度較低，得到的溶膠溶液更穩(wěn)定。而當(dāng)無(wú)水乙醇用量較少時(shí)，將加快縮聚反應(yīng)的進(jìn)行，使膠體顆粒容易發(fā)生團(tuán)聚，團(tuán)聚后粒徑較大，濃度較高，因而呈現(xiàn)乳白色，穩(wěn)定性較差。若無(wú)水乙醇用量很大，將不利于正硅酸乙酯的水解，使水解反應(yīng)不能有效進(jìn)行，膠體顆粒之間不能很好地交聯(lián)而弱化了硅溶膠的作用。因此選取的無(wú)水乙醇用量為40 ml，正硅酸乙酯和氨水(25%)分別為3 ml，制備出穩(wěn)定性和附著能力較強(qiáng)的二氧化硅溶膠。

2.2 改性前后二氧化硅溶膠的Zeta電位和粒徑

Zeta電位可以表征改性前后二氧化硅溶膠的穩(wěn)定性，表示的是膠體顆粒間的排斥強(qiáng)度或吸引強(qiáng)度，Zeta數(shù)值越高則膠體顆粒之間相互排斥力越強(qiáng)，越穩(wěn)定，而Zeta電位數(shù)值越低說(shuō)明膠粒間相互吸引力越大，膠體容易發(fā)生聚集而產(chǎn)生沉淀，穩(wěn)定性越差。改性前后二氧化硅溶膠的Zeta電位和粒徑如表1所示。改性前二氧化硅溶膠的Zeta電位為-31.34 mV，溶膠體系較為穩(wěn)定，而改性后二氧化硅溶膠的Zeta電位為-20.69 mV，電位數(shù)值減小，溶膠穩(wěn)定性下降。此外，測(cè)得改性前二氧化硅溶膠膠體的粒徑為162.9 nm，改性后的粒徑為175.5 nm，粒徑變大。由于溶膠的Zeta電位減小時(shí)，溶膠體系的穩(wěn)定性會(huì)下降，聚合度提高，膠體顆粒之間易發(fā)生沉淀或者聚集而使得二氧化硅溶膠膠體顆粒的粒徑變大。

表1 改性前后二氧化硅溶膠的Zeta電位及粒徑

2.3 雜化溶膠整理不同種類與結(jié)構(gòu)織物的芯吸性能

根據(jù)原織物與改性二氧化硅光致變色微膠囊雜化溶膠整理織物樣品的滲液高度，計(jì)算織物樣品的平均芯吸效應(yīng)(H)，如表2所示。2#樣品與4#樣品具有相同的紗號(hào)和非常相近的經(jīng)緯密度，2#樣品是苧麻材質(zhì)，4#是純棉。改性二氧化硅光致變色微膠囊雜化溶膠整理后的4#樣品和2#的平均芯吸高度分別是0.33cm/30min和0.38cm/30min，這是由于2#樣品是純苧麻織物，其經(jīng)緯密比4#樣品稍小些，紗線間孔隙率較大，因而芯吸效應(yīng)越好，導(dǎo)濕性能越強(qiáng)。1#樣品和4#樣品都是純棉樣品，1#樣品和4#樣品經(jīng)緯密分別為176×136根/10cm和136×136根/10cm，紗號(hào)分別為32tex和28tex，4#樣品紗線粗細(xì)和紗線間的空隙比1#大一些，所以芯吸性能好。3#樣品和4#樣品都是純棉樣品，具有一樣的紗號(hào)，但3#樣品比4#樣品的經(jīng)緯密明顯大些，3#織物的平均芯吸效應(yīng)差于4#織物，這是由于3#織物經(jīng)緯密比較大，織物比較緊密，所以對(duì)水的傳輸能力較差。另外，從表2中還可看出經(jīng)過(guò)改性二氧化硅光致變色微膠囊雜化溶膠整理過(guò)的樣品芯吸性能都比其對(duì)應(yīng)的原織物明顯變差，幾乎不吸水，這正是改性二氧化硅溶膠光致變色微膠囊整理織物后具有一定疏水性的原因。

表2 不同種類和結(jié)構(gòu)原織物和改性后織物的芯吸效應(yīng)

2.4 雜化溶膠整理不同種類與結(jié)構(gòu)織物的透濕性能

原織物和改性二氧化硅光致變色微膠囊雜化溶膠整理織物的透濕量如表3所示，可看出4種織物改性前透濕性能都很好，而改性后透濕性能明顯變差，這是由于織物改性后硅溶膠經(jīng)過(guò)預(yù)烘和焙烘在織物表面形成了一層均勻致密，膠體粒徑為175.5nm的疏水薄膜，水分較難透過(guò)，因而透濕性能下降。1#織物與4#織物都是純棉織物，1#織物有較小的紗號(hào)，紗線較粗，使得硅溶膠對(duì)紗線的附著效果更好，而且經(jīng)緯密大一點(diǎn)，組織結(jié)構(gòu)較緊實(shí)，紗線之間孔隙較小，加之致密的疏水性薄膜，水蒸汽較難通過(guò)，所以1#樣品的透濕性能很差。3#織物的透濕性差于4#織物，這是由于在材質(zhì)和紗號(hào)一樣的條件下，3#織物經(jīng)緯密較大，紗線之間排列較密集，孔隙小，改性溶膠整理后形成的疏水薄膜更加致密，因而具有較差的透濕性。2#樣品的透濕性好于4#樣品，這是因?yàn)?#織物是純苧麻織物，4#織物是純棉織物，二者紗號(hào)一樣，2#織物的經(jīng)緯密稍小于4#織物，那么在織物表面形成的疏水薄膜沒(méi)有4#樣品致密，而且苧麻纖維的結(jié)構(gòu)間孔隙較大，吸濕、透濕性好，水分容易進(jìn)入并透過(guò)苧麻纖維。

表3 不同種類和結(jié)構(gòu)的原織物和改性后織物的透濕性

2.5 雜化溶膠整理不同種類與結(jié)構(gòu)織物的透氣性能

原織物和改性二氧化硅光致變色微膠囊雜化溶膠整理織物的透氣率如表4所示。

表4 不同種類和結(jié)構(gòu)的原織物和整理后織物的透氣率

從表4中可以看出改性前后織物的透氣性能差別不大，而不同種類和結(jié)構(gòu)的織物透氣性能差別較大。對(duì)織物進(jìn)行改性后，在織物纖維表面覆蓋了一層薄膜，織物具有一定的疏水性能，但氣體仍能較順利通過(guò)織物的空隙，對(duì)透氣性的影響不大。從織物的種類和結(jié)構(gòu)上看，2#織物的透氣率明顯高于4#織物的透氣率，雖然二者的經(jīng)緯密相近，紗號(hào)相同，但由于2#織物是純苧麻織物，苧麻纖維本身組織結(jié)構(gòu)孔隙比較大，且苧麻纖維的透氣性很好，是棉纖維的3～5倍，使得它的透氣性能優(yōu)于4#織物。而1#織物和4#織物相比，二者經(jīng)緯密相似，但由于4#織物紗號(hào)較大，紗線較細(xì)，經(jīng)緯密較小，紗線間孔隙率較大，織物輕薄，氣體較容易透過(guò)，透氣率更高。而3#樣品與4#樣品相比，透氣率較低，這是由于在材質(zhì)和紗號(hào)一樣的條件下，4#織物的經(jīng)緯密明顯小，織物組織結(jié)構(gòu)間的孔隙大，更有利于氣體的通過(guò)，所以4#織物具有更好的透氣性。

3 結(jié)論

(1)通過(guò)Stober方法得到穩(wěn)定性較好、微泛藍(lán)光的二氧化硅溶膠。測(cè)試不同用量的無(wú)水乙醇制備的二氧化硅溶膠的黏度，可以發(fā)現(xiàn)隨著無(wú)水乙醇用量的增加，硅溶膠的黏度變小。

(2)利用0.08%含氫硅油對(duì)硅溶膠進(jìn)行改性后Zeta電位變小，穩(wěn)定性下降，膠體顆粒更容易聚集，粒徑也比改性前有微弱的增加。

(3)4種原織物都具有良好的芯吸性能，透濕性和透氣性，但是經(jīng)改性二氧化硅光致變色微膠囊雜化溶膠整理后的織物樣品的芯吸性能很差，透濕性能下降較明顯，透氣性能稍微下降。

(4)織物的種類及組織結(jié)構(gòu)對(duì)整理后樣品的濕舒適性能有一定的影響。當(dāng)紗號(hào)和經(jīng)緯密相近時(shí)，純苧麻織物和棉織物相比其疏水性能較差，芯吸效應(yīng)、透濕性、透氣性較好；當(dāng)材質(zhì)和經(jīng)緯密相近時(shí)，紗號(hào)較大的織物擁有較好的芯吸性能、透濕性和透氣性；當(dāng)材質(zhì)和紗號(hào)一樣時(shí)，織物經(jīng)緯密越大，疏水性能越好，芯吸性、透濕性及透氣性變差。

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[4] 胡小娟.有機(jī)改性納米SiO2超疏水膜的制備、結(jié)構(gòu)與性能研究[D].廣州: 華南理工大學(xué), 2010.

[5] 方 熙.熱致變色雜化硅溶膠的制備及其應(yīng)用研究[D].上海: 東華大學(xué),2012.

Research on Moisture Comfort Property of Fabric Treated by Photochromic Microcapsules Hybrid Sol

FAN Fei

(School of Textiles and Clothing, Wuyi University, Jiangmen 529030, China)

Silica sol with uniform colloidal particle size was by prepared Stober method. Under the condition of the dosage of both ethyl silicate and ammonia water were 3 ml, the viscosity of the silica sol decreased from 14 mPa·s to 5 mPa·s with the dosage of anhydrous alcohol increased from 20 ml to 40 ml The Zeta potential of silica sol was decreased from -31.34 mV to -20.69 mV after the modification with 0.08% hydrosilicone oil. And the stability was decreased, but the particle size was increased by only 12.6 nm. The wicking, air permeability and moisture permeability of the modified silicon dioxide photochromic microcapsules hybrid sol coated fabrics were all reduced. Under the condition of same yarn count and thread count, the wet comfort of the pure ramie sample was better than that of the pure cotton sample. The higher yarn count and the smaller thread count, the wet comfort of the sample could be better.

modified silica sol; photochromic microcapsule; coating; wet comfort

2017-03-22；

2017-04-08

2015年度五邑大學(xué)“創(chuàng)新強(qiáng)校工程”青年創(chuàng)新人才類項(xiàng)目(科研平臺(tái)類)(2015KQNCX166)；2016年度江門市基礎(chǔ)理論與科學(xué)研究類科技計(jì)劃項(xiàng)目；五邑大學(xué)博士啟動(dòng)項(xiàng)目(2016BS22)；2016年度五邑大學(xué)青年基金項(xiàng)目(2016zk08)

范 菲(1982-)，女，陜西西安人，博士，講師，主要研究方向?yàn)楣δ芗徔椘芳爸悄芊b的制備及研究，E-mail:Fanfei_wuyi@163.com。

TS190.2

A

1673-0356(2017)05-0015-04