滌/棉混紡織物的陽離子納米球改性及染色

李紀(jì)蓁，房寬峻,2，陳為超，張 昆，蔡玉青

(1. 青島大學(xué)紡織服裝學(xué)院，山東青島 266071；2. 天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300387)

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滌/棉混紡織物的陽離子納米球改性及染色

李紀(jì)蓁1，房寬峻1,2，陳為超1，張 昆1，蔡玉青1

(1. 青島大學(xué)紡織服裝學(xué)院，山東青島 266071；2. 天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300387)

研究了納米球用量、納米球分散液pH以及改性溫度等對改性后滌棉混紡織物染色的影響，并觀察了納米球在兩種纖維表面的分布情況。結(jié)果表明，納米球濃度為2g/L，改性時(shí)分散液為中性，溫度為70℃時(shí)，纖維表面的納米球吸附量較多，染色織物的表觀色深值最大。通過掃描電鏡的觀察可以得出陽離子納米球聚合物P(St-BA-VBT)能夠分別在滌綸纖維和棉纖維表面均勻的吸附。

滌棉混紡織物 改性 陽離子納米球 染色

目前，滌棉混紡織物的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，主要是滌棉織物既有滌綸的風(fēng)格又有棉的優(yōu)點(diǎn)。在干、濕情況下滌棉混紡織物的彈性和耐磨性都較好，尺寸穩(wěn)定，縮水率小，具有挺拔、不易折皺、易洗、快干的特點(diǎn)[1-4]。但是，滌棉混紡織物傳統(tǒng)的染色方法一般采用兩種不同的染料進(jìn)行染色，例如分散/活性染料或者分散/直接染料等。這種染色方法工藝復(fù)雜，消耗時(shí)間長、能源和水資源消耗較多，造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題。所以急需開發(fā)新的染色技術(shù)來減少資源的消耗和環(huán)境的污染。

為了解決以上的問題，采用一種陽離子納米球分散液對滌棉混紡織物進(jìn)行改性。此納米球一方面有著聚合物納米球所具備的特殊表面效應(yīng)、體積效應(yīng)，量子尺寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)等特點(diǎn)，同時(shí)其表面帶正電荷的特性，對帶負(fù)電的粒子具有較強(qiáng)的吸附作用[5-7]。改性的滌棉混紡織物中的滌綸纖維和棉纖維表面均帶正電荷。因此用陽離子納米球改性的滌棉混紡織物可以用一種染料進(jìn)行染色，這就大大減少了染色工序，節(jié)省了能源水資源。

本實(shí)驗(yàn)主要利用陽離子共聚物納米球?qū)烀藁旒徔椢镞M(jìn)行改性，然后用酸性橙Ⅱ?qū)Ω男缘目椢镞M(jìn)行染色，通過染色結(jié)果來分析納米球用量、納米球乳液pH以及改性溫度等條件對織物改性的影響。此外，用測得的掃描電鏡照片來分析納米球分別在滌綸纖維和棉纖維表面的分布情況。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與設(shè)備

織物：滌棉混紡織物的混紡比T/C為50/50，經(jīng)緯紗密度138×82(山東愉悅家紡有限公司)。

試劑：苯乙烯(St)(分析純，天津市瑞金特化學(xué)品有限公司)；丙烯酸丁酯(BA)(分析純，天津市巴斯夫化工有限公司)；對-乙烯基芐基三甲基氯化銨(VBT)(分析純，天津希恩思生化科技有限公司)；偶氮二異丁腈脒鹽酸鹽(AIBA)(分析純，青島柯信新材料科技有限公司)；氫氧化鈉(試劑級)；十六烷基三甲基氯化銨(分析純，上海埃彼化學(xué)試劑有限公司)；酸性橙Ⅱ(試劑級，天津希恩思生化科技有限公司)。

儀器：76-1型玻璃恒溫水浴鍋(上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司)，AO-01型立式二輥軋車(天津華譜合力科技有限公司)，美國愛色麗測色配色儀。

1.2 陽離子納米球的制備

在配有攪拌器、冷凝管、氮?dú)馔ㄈ胙b置的250mL的四口燒瓶中加入90mL蒸餾水，調(diào)節(jié)攪拌速率為300r/min，往四口燒瓶中加入2.0mmol的VBT溶液，攪拌15min后加入St、BA混合單體10g(St為9.2g，BA為0.8g)，通入氮?dú)?5min后，將體系的溫度自室溫升至80℃，在5min內(nèi)加入5mL 20g/L的AIBA溶液，開始計(jì)時(shí)，80℃ 恒溫反應(yīng)3h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻出料[8]。

圖1 聚合反應(yīng)式

1.3 滌棉混紡織物的堿預(yù)處理

取一定量的滌棉混紡織物在15g/L的氫氧化鈉溶液中浸漬處理，加入1g/L的CTAC，浴比1:50，在恒溫震蕩水浴鍋中從30℃開始，以1℃/min的速度升溫至90℃，保溫20min，自然降溫至30℃取出，用去離子水清洗4到5次，然后100℃烘干備用。

1.4 陽離子納米球?qū)烀藁旒徔椢锏母男?/p>

用去離子水配制對織物重一定比例的陽離子聚合物納米球分散液，調(diào)節(jié)納米球乳液pH，取25mL納米球分散液于平底容器中，然后取堿減量處理后的滌棉混紡織物在30℃二浸二軋納米球分散液中，軋余率為62%-65%，60℃烘干。

1.5 染色

取25mL一定濃度的酸性橙Ⅱ染液于平底容器中，將改性后的織物分別二浸二軋已配制好的染液，軋余率為62%-67%，60℃烘干，用去離子水清洗3到4次，60℃烘干。

1.6 K/S值的測定

將染色后的樣品烘干至恒重，然后用美國愛色麗測色配色儀，測定染色織物的R值，然后根據(jù)以下公式計(jì)算得到K/S值。

1.7 掃描電鏡的觀察

將處理好的滌棉混紡織物的布樣低溫烘干至恒重，然后將布樣剪成小塊，用導(dǎo)電膠固定在金屬臺(tái)上，在真空中噴金于樣品表面，然后用日本電子公司產(chǎn)品JSM-6700F型場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)觀察纖維表面，并拍攝照片。

2 結(jié)果與討論

2.1 陽離子納米球用量

圖1為滌棉混紡織物的K/S值隨陽離子納米球濃度的變化曲線。由圖1的變化曲線可以得出，未用納米球改性時(shí)，滌棉混紡織物的K/S值較小。當(dāng)陽離子納米球濃度從0.5g/L增加到2g/L時(shí)，織物的K/S值逐漸增大，且增加幅度較大。但是繼續(xù)增加納米球用量到4g/L的過程中，滌棉混紡織物的K/S值增大幅度較小。這是因?yàn)楫?dāng)納米球濃度逐漸增大時(shí)，越來越多的帶正電荷的納米球依靠靜電引力作用吸附到纖維表面，使纖維表面被陽離子納米球改性為正電荷的表面，從而能夠吸附更多的帶磺酸基負(fù)離子的染料上染。但是，纖維表面的負(fù)電荷數(shù)量有限，所以納米球在纖維表面的吸附達(dá)到最大值后，由于受到電荷斥力的影響，納米球在纖維表面的吸附量不再隨納米球濃度的增大而增大。

圖1 滌棉混紡織物的K/S值隨陽離子納米球濃度的變化曲線

2.2 納米球分散液pH

圖2為陽離子納米球分散液pH對改性后滌棉混紡織物吸附性的影響。從數(shù)據(jù)可以得出，隨著pH從3增大到6-7時(shí)，溶液從酸性條件變?yōu)橹行詶l件，織物在納米球改性后對染料吸附后的K/S值先增大到最大，這說明陽離子納米球在近中性條件下吸附量較多，織物的吸附性最好，得色量也最多。但是，當(dāng)pH繼續(xù)增大到9時(shí)，納米球分散液堿性增強(qiáng)，織物的K/S逐漸減小，說明陽離子納米球在堿性條件下對織物的吸附量較少，這是由于堿性條件下陽離子納米球表面的電荷平衡容易被破壞，造成納米球穩(wěn)定性下降，容易發(fā)生聚集。所以陽離子納米球分散液在中性條件下對滌棉混紡織物的改性效果較好。

圖2 納米球分散液的pH對滌棉混紡織物K/S的影響

2.3 改性溫度

圖3為陽離子納米球改性溫度對織物改性的影響。由圖3中的K/S變化曲線可得，改性時(shí)，隨著納米球分散液溫度升高到70℃左右時(shí)，滌棉混紡織物的K/S值逐漸增大到最大，然后繼續(xù)升高改性溫度至100℃過程中，K/S值不再發(fā)生明顯變化。這說明隨著溫度升高到70℃時(shí)，陽離子納米球在滌棉混紡織物的表面吸附量也最大，所以染料在纖維表面的吸附量最多，所以改性溫度應(yīng)選擇在70℃左右。

圖3 陽離子納米球改性溫度對滌棉混紡織物K/S值的影響

2.4 掃描電鏡

圖4 為陽離子納米球改性后滌棉混紡織物中滌綸纖維和棉纖維的掃描電鏡照片。從圖(a1)中可以看出，滌綸纖維表面較光滑，且吸附的納米球較均勻；從圖(a2)中可以看出，棉纖維表面較粗糙有許多凹槽，吸附的納米球雖然較多，但是分布較聚集。這種分布狀態(tài)與纖維表面的結(jié)構(gòu)、纖維的分子結(jié)構(gòu)以及纖維表面自身的電荷分布有較大的關(guān)系。納米球在兩種纖維表面的均勻吸附使得兩種纖維的表面均帶正電荷，有利于滌棉混紡織物親水性及吸附性能的改善，從而使滌棉混紡織物能夠用一種染料進(jìn)行染色。

a1-滌綸纖維表面納米球分布，a2-棉纖維表面納米球分布

圖4 改性后滌棉混紡織物中滌綸纖維和棉纖維的掃描電鏡照片

3 結(jié)論

(1)滌棉混紡織物經(jīng)過納米球改性后，陽離子納米球能夠分別在滌綸纖維和棉纖維表面較均勻的吸附且數(shù)量較多。

(2)隨著陽離子納米球濃度的增加，滌棉混紡織物的K/S值先逐漸增大，然后達(dá)到最大值。納米球改性時(shí)一般在中性條件下改性效果較好，改性溫度為70℃左右時(shí)納米球吸附量最多，酸性染料的上染量達(dá)到最大。

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2017-02-20

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51173086)；國家科技支撐計(jì)劃資助課題(2014BAC13B02、2014BAE01B01)；山東省自主創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2012ZHZX1A0914)。

李紀(jì)蓁(1990-)，女，碩士研究生，研究方向：滌棉混紡織物改性研究。

房寬峻(1963-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師。

TS193

A

1008-5580(2017)02-0066-04