滌綸機(jī)織面料吸濕排汗整理工藝探討

李 亮， 劉靜芳， 姜海芹， 趙 鑫， 李凱杰， 劉讓同,3,4

(1.中原工學(xué)院 紡織學(xué)院, 河南 鄭州 450007； 2.中原工學(xué)院 學(xué)報(bào)編輯部, 河南 鄭州 450007；3.河南省紡織服裝產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心， 河南 鄭州 450007； 4.河南省功能紡織材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河南 鄭州 450007)

滌綸，最大產(chǎn)能的化學(xué)纖維，具有斷裂強(qiáng)度高、耐磨性好、耐光照、耐日曬、耐霉菌等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于紡織服裝領(lǐng)域。然而滌綸的回潮率極低(公定回潮率僅0.4%)，人體穿著滌綸面料的服裝時(shí)，汗液不易排出，從而降低了其服裝的穿著舒適性。因此，改善滌綸面料吸濕排汗性能是提高其制品人體穿著舒適性的關(guān)鍵。目前吸濕排汗纖維主要是通過改變纖維橫截面形狀的方式來獲得，如：英威達(dá)開發(fā)的四管狀的Coolmax纖維；臺灣遠(yuǎn)東公司生產(chǎn)的具有十字截面、4個(gè)溝槽的Topcool纖維；韓國曉星公司研發(fā)的把孔隙做成像“苜蓿草”的四葉子形的Aerocool纖維；日本東洋紡開發(fā)的一種“Y”形截面的吸濕排汗Cooldry纖維，等等，然而這些異形纖維較粗，手感不夠柔軟，且染色性能較差。通過對滌綸纖維進(jìn)行吸濕排汗改性整理也可提高滌綸織物的吸濕排汗性能，且這種方法工藝簡單，成本低廉，成為學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。陳永邦等采用親水整理劑SE與AEM5700復(fù)配的方式提高了滌綸織物的親水性和導(dǎo)濕排汗能力，液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞綜合指數(shù)高達(dá)0.710 2[1]；李中全利用吸濕排汗劑QH-13對襪用滌綸筒子紗進(jìn)行吸濕排汗整理，芯吸高度大于12 cm/30 min[2]。

Aquasoft QQ-N吸濕排汗整理試劑是以脂肪酸聚乙二醇酯為基礎(chǔ)的化合物，具有優(yōu)良的乳化力、抗靜電、懸浮性、分散性和潤滑性，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域[3]。因此，本文采用Aquasoft QQ-N對滌綸機(jī)織面料進(jìn)行吸濕排汗整理，并探討了濃度、時(shí)間、溫度對吸濕排汗整理效果的影響。

1 吸濕排汗整理劑整理后滌綸機(jī)織面料吸濕排汗理論分析

紡織品吸濕能力的高低可反映其吸附氣相水分子能力的強(qiáng)與弱，吸濕能力強(qiáng)，說明其具有吸附人體與服裝間微氣候內(nèi)部氣相水分子的能力，此類紡織品穿著較為舒適。紡織品的吸濕性能取決于比表面積的大小、孔隙率的高低、親水基團(tuán)的多少與極性強(qiáng)弱等方面，比表面積越大、孔隙率越高、親水基團(tuán)越多且極性越強(qiáng)，則制品吸濕性能就越好。紡織品排汗能力的高低可反映其傳遞液相水能力的強(qiáng)與弱，排汗能力強(qiáng)的紡織品可將人體表液相汗水快速傳遞于織物外表面，有利于汗水的蒸發(fā)，進(jìn)而提高此類紡織品的穿著舒適度。紡織品排汗能力的高低主要由孔隙結(jié)構(gòu)和比表面積決定，比表面積越大、孔隙率越高，則其排汗能力就越強(qiáng)。一般吸濕排汗紡織品主要是通過增大孔隙和提高比表面積來獲得，對于滌綸吸濕排汗制品，則多采用纖維異形化、細(xì)旦化及纖維集合體內(nèi)部纖維配置差異化來制備。

本文擬采用吸濕排汗整理劑對滌綸機(jī)織面料進(jìn)行整理，根據(jù)上述理論分析可知，整理后面料中的滌綸纖維表面將形成由吸濕排汗整理劑構(gòu)筑的粗糙親水界面，其潤濕機(jī)理示意圖見圖1。從理論上來說，吸濕排汗整理劑可有效提高液相水的潤濕性能，同時(shí)可在一定程度上提高制品吸附氣相水分子的能力，從而提高滌綸機(jī)織面料吸濕排汗能力。在整理工藝中，濃度、時(shí)間、溫度對粗糙親水界面會有較大影響，因此，本文將圍繞濃度、時(shí)間、溫度對滌綸機(jī)織面料吸濕排汗性能的影響展開研究。

圖1 整理后滌綸纖維表面潤濕機(jī)理示意圖

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

吸濕排汗整理試劑(Aquasoft QQ-N，科凱精細(xì)化工(上海)有限公司)、滌綸機(jī)織面料(16×16×696×443)、硫酸(分析純，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司)、去離子水(實(shí)驗(yàn)室自制)。

2.2 吸濕排汗整理

采用浸軋法配置吸濕排汗整理試劑濃度分別為5 g/L、10 g/L、15 g/L、20 g/L的整理液，在pH值為5、軋余率為70%的條件下，在NSHS-1型Mathis小樣定型機(jī)上，采用一浸一壓法對織物進(jìn)行整理，經(jīng)不同溫度(120 ℃、130 ℃及140 ℃)、不同時(shí)間(1 min、2 min及3 min)的烘焙處理后完成吸濕排汗整理。

2.3 表征與測試

2.3.1 紅外光譜

采用Bruker TENSOR37紅外光譜儀觀察整理前后滌綸機(jī)織面料中纖維大分子結(jié)構(gòu)的變化情況，測定光譜的范圍為4 000～450 cm-1。

2.3.2 形態(tài)特征

采用形狀激光顯微鏡(Keyence vk-x110)觀案并記錄整理前后滌綸機(jī)織面料中纖維界面的形態(tài)特征。

2.3.3 吸濕排汗性能測試

依據(jù)GB/T 21655《紡織品吸濕速干性的評定》中的相關(guān)判定方法、動(dòng)態(tài)水分傳遞法，分別測試樣品的浸潤時(shí)間、吸水速率、最大潤濕半徑、液態(tài)水傳遞速率、單項(xiàng)傳遞指數(shù)及液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞綜合指數(shù)，以表征面料的吸濕排汗性能。其中：浸潤時(shí)間是織物的上下表面剛開始被潤濕的時(shí)間段；吸水速率反映織物對液態(tài)水轉(zhuǎn)移的速度；最大潤濕半徑影響織物的干燥性能，具有較高濕潤半徑的織物，其干燥性能較好；液態(tài)水傳遞速率反映織物液態(tài)水在其平面內(nèi)向外運(yùn)動(dòng)的能力，其值越高，織物快吸能力越強(qiáng)；單向傳遞指數(shù)反映了織物兩個(gè)表面在單元測試時(shí)間內(nèi)累積含水量的差異情況，其值越大，織物兩個(gè)表面水分傳輸能力越強(qiáng)；液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞綜合指數(shù)反映織物對液態(tài)水分運(yùn)輸?shù)恼w管理能力，其值越高，表明織物水分輸送能力越強(qiáng)。

3 結(jié)果與分析

3.1 紅外光譜

經(jīng)吸濕排汗整理劑整理前后滌綸纖維紅外光譜譜圖見圖2。由圖2可以看出，整理后的滌綸纖維，在3 460 cm-1處的吸收峰出現(xiàn)增強(qiáng)，這主要是由吸濕排汗整理劑中的大量-OH伸縮振動(dòng)所致[1，4-5]，這表明了吸濕排汗整理劑已被滌綸纖維吸附。由于滌綸纖維的-C=O與其內(nèi)部苯環(huán)發(fā)生共軛，-C=O在1 705 cm-1處產(chǎn)生伸縮振動(dòng)吸收峰[6]，而經(jīng)吸濕排汗整理劑整理后滌綸纖維-C=O伸縮振動(dòng)吸收峰向低處偏移了4 cm-1，這可能是由吸濕排汗整理劑內(nèi)部的-C=O與滌綸苯環(huán)產(chǎn)生共軛所致，這進(jìn)一步證實(shí)了吸濕排汗整理劑已被滌綸纖維吸附。面料經(jīng)吸濕排汗整理劑整理后在1 647 cm-1處出現(xiàn)明顯的伸縮振動(dòng)吸收峰，說明吸濕排汗整理劑中可能存在-C=C。圖2顯示，經(jīng)吸濕排汗整理劑整理后，滌綸纖維特征吸收峰并沒有發(fā)生明顯的變化，僅部分特征峰出現(xiàn)峰形變寬與偏移現(xiàn)象，這說明滌綸纖維大分子與吸濕排汗整理劑中的化合物沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其結(jié)合主要是依靠范德華力。通過對紅外光譜譜圖分析可知，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與上述理論分析一致。

3.2 形態(tài)結(jié)構(gòu)

經(jīng)不同濃度整理劑整理后滌綸機(jī)織面料纖維界面形態(tài)見圖3。由圖3可以看出，未整理的滌綸機(jī)織面料中纖維表面光滑，整理后的纖維表面較未整理的粗糙，且濃度不同纖維界面粗糙程度也不同。說明整理后的滌綸機(jī)織面料中纖維粗糙界面已構(gòu)筑成功，結(jié)合紅外光譜譜圖分析可知，該粗糙界面的形成主要是由吸濕排汗整理劑的黏附所致。

圖2 整理前后滌綸纖維紅外光譜譜圖

(a)未整理 (b)5 g/L (c)10 g/L (d)15 g/L (e)20 g/L圖3 不同濃度整理劑整理后滌綸機(jī)織面料纖維界面形態(tài)

3.3 濃度對織物吸濕排汗性能的影響

濃度的高低直接影響整理劑附著于纖維集合體的量，進(jìn)而決定其制品吸濕排汗性能的強(qiáng)弱。在溫度為120 ℃、處理時(shí)間為1 min時(shí)，考察經(jīng)濃度分別為5 g/L、10 g/L、15 g/L及20 g/L的吸濕排汗整理劑整理后織物吸濕排汗相關(guān)指標(biāo)，見圖4。

(a)浸潤時(shí)間 (b)吸水速率 (c)最大潤濕半徑

(d)液態(tài)水傳遞速率 (e)單項(xiàng)傳遞指數(shù) (f)液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞綜合指數(shù)圖4 不同濃度時(shí)滌綸織物吸濕排汗相關(guān)指標(biāo)

由圖4可以看出，經(jīng)吸濕排汗整理劑整理后的滌綸面料，吸水速率和最大潤濕半徑均隨濃度的增加而增加，這主要是由于吸濕排汗整理劑在滌綸纖維表面構(gòu)筑了粗糙親水界面，液態(tài)水接觸到滌綸纖維表面后會迅速鋪展開，并沿纖維表層不斷傳遞，濃度越高，纖維界面吸濕排汗整理劑附著得越多，平鋪式傳遞便越快。但是濃度過高，纖維界面吸濕排汗整理劑附著得太多，會不利于保持纖維集合體中的孔隙結(jié)構(gòu)，從而影響浸潤時(shí)間、液態(tài)水傳遞速率、單項(xiàng)傳遞指數(shù)及液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞綜合指數(shù)。綜合分析圖4可知，濃度為15 g/L最佳，對應(yīng)的液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞綜合指數(shù)達(dá)0.564，較原布提高了15.6%。

3.4 溫度對織物吸濕排汗性能的影響

溫度高，溶液中分子動(dòng)能高，分子運(yùn)動(dòng)較活躍，利于織物滌綸纖維吸附吸濕排汗整理劑，同時(shí)也為吸濕排汗整理劑與滌綸分離提供了能量。因此，本文考察了溫度為120 ℃、130 ℃及140 ℃時(shí)整理劑對織物吸濕排汗性能的影響。整理劑濃度為15 g/L，處理時(shí)間1 min，不同溫度下，滌綸織物吸濕排汗性能相關(guān)指標(biāo)見圖5。

(a)浸潤時(shí)間 (b)吸水速率 (c)最大潤濕半徑

(d)液態(tài)水傳遞速率 (e)單項(xiàng)傳遞指數(shù) (f )液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞綜合指數(shù)圖5 不同溫度下滌綸織物吸濕排汗相關(guān)指標(biāo)

由圖5可以看出，經(jīng)吸濕排汗整理劑整理后的滌綸面料，浸潤時(shí)間、吸水速率、最大潤濕半徑、液態(tài)水傳遞速率、單項(xiàng)傳遞指數(shù)及液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞綜合指數(shù)在溫度為130 ℃時(shí)均達(dá)到最佳值，其中液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞綜合指數(shù)達(dá)0.571，較原布提高了16.6%。說明在120～130 ℃范圍內(nèi)，升溫有利于滌綸纖維吸附吸濕排汗整理劑，在130～140 ℃范圍內(nèi)，升溫卻為吸濕排汗整理劑與滌綸分離提供了能量。因此，在濃度為15 g/L、處理時(shí)間為1 min、溫度為130 ℃時(shí)，吸濕排汗整理劑整理的滌綸織物吸濕排汗性能最佳。

3.5 時(shí)間對織物吸濕排汗性能的影響

時(shí)間長短在某種程度上決定了溶液中吸濕排汗整理劑與纖維界面接觸概率的高低，適當(dāng)延長處理時(shí)間有利于改善織物的吸濕排汗性能。在濃度為15 g/L、溫度為130 ℃時(shí)，考察處理時(shí)間分別為1 min、2 min及3 min時(shí)整理劑對滌綸織物吸濕排汗性能的影響，不同時(shí)間下滌綸織物吸濕排汗相關(guān)指標(biāo)見圖6。

由圖6可以看出，整理后滌綸面料的浸潤時(shí)間、吸水速率、最大潤濕半徑、液態(tài)水傳遞速率、單項(xiàng)傳遞指數(shù)及液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞綜合指數(shù)均在時(shí)間為2 min時(shí)達(dá)到最佳值，其中液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞綜合指數(shù)達(dá)0.576，較原布提高了17.4%。這說明時(shí)間在1～2 min范圍內(nèi)，延長處理時(shí)間有利于滌綸纖維吸附吸濕排汗整理劑，時(shí)間在2～3 min范圍內(nèi)，延長處理時(shí)間利于吸濕排汗整理劑與滌綸纖維的解吸附。因此，在濃度為15 g/L、溫度為130 ℃、處理時(shí)間為2 min時(shí)，經(jīng)吸濕排汗整理劑整理后滌綸織物的吸濕排汗性能最佳。

(a)浸潤時(shí)間 (b)吸水速率 (c)最大潤濕半徑

(d)液態(tài)水傳遞速率 (e)單項(xiàng)傳遞指數(shù) (f )液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞綜合指數(shù)圖6 不同時(shí)間下滌綸織物吸濕排汗相關(guān)指標(biāo)

4 結(jié)論

(1) 滌綸機(jī)織面料經(jīng)吸濕排汗整理后，其纖維表面形成由吸濕排汗整理劑構(gòu)筑的粗糙親水界面，有效地提高了液相水的潤濕性能，同時(shí)一定程度上提高了其制品吸附氣相水分子的能力，改善了滌綸機(jī)織面料吸濕排汗性能。吸濕排汗整理劑構(gòu)筑的粗糙親水界面粗糙程度隨濃度的變化有所改變。

(2) 滌綸纖維依靠范德華力將吸濕排汗整理劑吸附于纖維表面。

(3) 滌綸機(jī)織面料吸濕排汗整理最佳工藝為：溫度130 ℃、時(shí)間2 min、濃度15 g/L，對應(yīng)的液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞綜合指數(shù)可達(dá)0.576，較原布提高了17.4%。