改性工藝對棉織物無鹽抗紫外整理的影響

曹機(jī)良 陳藝佳 李峻 孟春麗 李武龍 胡會娜

摘要：采用PECH—amine對棉織物進(jìn)行陽離子化改性，然后用反應(yīng)型紫外線吸收劑UV—SUN CEL LIQ對改性棉織物進(jìn)行無鹽抗紫外整理，探討了改性劑和氫氧化鈉用量、改性溫度和時間對改性棉織物抗紫外線性能的影響，測試了整理織物的UPF指數(shù)、紫外線透過率和耐洗性能。結(jié)果表明：當(dāng)改性劑PECH—amine 10 g/L，氫氧化鈉10 g/L，改性溫度90 ℃，保溫時間60 min時，改性后棉織物用UV—SUN CEL LIQ 3%（owf）抗紫外線整理的UPF指數(shù)可達(dá)到75左右，經(jīng)過30次標(biāo)準(zhǔn)水洗之后，其UPF指數(shù)仍可保持在65以上。

關(guān)鍵詞：棉織物;改性;紫外線吸收劑;無鹽;UPF指數(shù)

中圖分類號：TS195.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X（2019）01-0070-04

近年來隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，空氣污染加劇，臭氧層遭受了很大的破壞，紫外線輻射大大加強(qiáng)，使人們患皮膚病和皮膚癌的幾率大大增加，因此織物的抗紫外線性整理成為研究熱點(diǎn)[1—2]。常規(guī)的紫外線吸收劑應(yīng)用于織物抗紫外線整理，存在耐洗牢度差的問題[3]，而反應(yīng)型紫外線吸收劑可與纖維素發(fā)生共價鍵結(jié)合，獲得較好的耐洗牢度[4—5]。由于反應(yīng)型紫外線吸收劑與活性染料結(jié)構(gòu)相似，但結(jié)構(gòu)比活性染料更加簡單，故與棉纖維之間的親和力較小，整理過程中需要加入大量的無機(jī)鹽。而含有大量鹽分的廢水，會對染整廢水后處理造成很大的困難[6]。因此對棉織物進(jìn)行化學(xué)改性[7—8]成為提高抗紫外線整理效果和利用率的方向，其中陽離子化改性成為一種比較有效的途徑。棉織物經(jīng)過陽離子化改性后，纖維可接枝大量的陽離子可反應(yīng)性基團(tuán)，這樣與活性染料結(jié)構(gòu)類似的反應(yīng)型陰離子紫外吸收劑UV—SUN CEL LIQ和纖維之間的斥力轉(zhuǎn)變成了引力，增強(qiáng)了對LIQ的吸附能力，所以吸附的LIQ增多，LIQ可與纖維上的陽離子基團(tuán)發(fā)生離子鍵反應(yīng)，而且可與纖維上的羥基或氨基生成大量的共價鍵，因此可實現(xiàn)反應(yīng)型紫外吸收劑在無鹽條件下的抗紫外線整理。

本實驗采用PECH—amine為改性劑，對棉織物進(jìn)行陽離子化改性，探究各改性因素對改性棉織物無鹽抗紫外線整理的影響，優(yōu)化棉織物改性工藝，提高其抗紫外線整理性能。

1試驗

1.1試驗材料與儀器

織物：14.5 tex，110 g/m2棉針織物。

化學(xué)品：陽離子改性劑PECH—amine（東華大學(xué)），反應(yīng)型紫外線吸收劑UV—SUN CEL LIQ（亨斯邁紡織染化公司），氫氧化鈉、碳酸鈉（天津市德恩化學(xué)試劑有限公司）。

儀器：紅外線高溫染色機(jī)IR—24S、振蕩水浴鍋RC—Z2400和定型烘干機(jī)PC—9X（上海一派印染技術(shù)有限公司），UV—2000F紡織物防曬指數(shù)分析儀（美國Labsphere公司）。

2結(jié)果與討論

2.1改性劑用量對棉織物抗紫外性能的影響

NaOH 10 g/L，浴比1∶40，室溫投入棉織物進(jìn)行改性，以1 ℃/min升溫至90 ℃，保溫60 min，陽離子改性劑PECH—amine用量對棉織物抗紫外線性能的影響如圖1所示。

由圖1可知，當(dāng)改性劑質(zhì)量濃度小于10 g/L時，隨著改性劑用量的增加，UPF指數(shù)逐漸增加，UVA和UVB透過率逐漸下降，這說明棉織物的抗紫外線性能逐漸增強(qiáng)，在改性劑質(zhì)量濃度為10 g/L時UPF指數(shù)達(dá)到最大值，之后逐漸下降，UVA和UVB透過率達(dá)到最小值，之后呈上升趨勢，這說明棉織物的抗紫外線性能在改性劑為10 g/L時達(dá)到最大，之后逐漸減弱。這是因為棉織物經(jīng)陽離子改性劑PECH—amine改性后帶上了正電性，LIQ與棉織物之間由斥力變?yōu)橐Γ瑤ж?fù)電的LIQ容易通過離子鍵結(jié)合而吸附到改性棉織物上，從而實現(xiàn)棉織物的無鹽紫外線防護(hù)整理，同時吸附在改性棉織物上的LIQ的活性基可與棉織物以共價鍵結(jié)合。且隨改性劑用量的增加，織物上生成的正電荷基團(tuán)越多，增強(qiáng)了纖維對LIQ的吸附能力，纖維吸附結(jié)合的LIQ增多，所以棉織物的UPF指數(shù)逐漸增大，UVA和UVB透過率逐漸減少;當(dāng)改性劑達(dá)到一定用量時，織物吸附結(jié)合改性劑的量達(dá)到飽和，繼續(xù)增加其用量，則改性劑質(zhì)量濃度變大，粘度增加，流動性減小，不利于改性劑向纖維內(nèi)部擴(kuò)散、吸附和結(jié)合，因此改性后的棉織物與LIQ結(jié)合的量降低，使織物的UPF指數(shù)減小，UVA和UVB透過率增加，抗紫外線性能減弱，因此改性劑用量不易過高，可選擇10 g/L。

2.2改性溫度對棉織物抗紫外性能的影響

NaOH 10 g/L，改性劑10 g/L，浴比1∶40，室溫投入棉織物進(jìn)行改性，以1 ℃/min升溫至所需溫度，保溫60 min，改性溫度對棉織物抗紫外線性能的影響如圖2所示。

由圖2可知，隨改性溫度的升高，整理織物的UPF指數(shù)先增加后降低，UVA和UVB透過率先減小后增加，在90 ℃時UPF指數(shù)達(dá)到最大值，UVA和UVB透過率達(dá)到最小值，這說明此條件下織物的抗紫外線性能最好，且都能達(dá)到織物抗紫外線性能的標(biāo)準(zhǔn)要求。這是因為當(dāng)改性溫度較低時，棉纖維的膨化程度較低，未達(dá)到改性劑和棉纖維反應(yīng)結(jié)合的活化能，而改性劑只能吸附在棉纖維表面，僅有很少部分進(jìn)入到纖維內(nèi)部，所以改性棉織物共價結(jié)合的LIQ量較少，織物的抗紫外性能較低;隨著改性溫度的升高，棉纖維的膨化程度增大，空隙增大，改性劑的運(yùn)動動能增大，改性劑更容易進(jìn)入棉纖維內(nèi)部與纖維吸附和結(jié)合，使可與LIQ反應(yīng)結(jié)合的陽離子基團(tuán)增加，因此棉織物的抗紫外線性能增加;改性溫度過高，改性劑和纖維之間的結(jié)合鍵的穩(wěn)定性降低，改性劑在堿存在下反應(yīng)過快，不利于改性的均勻性，且高溫會加快改性劑的水解反應(yīng)，使陽離子改性效果降低，因此改性棉織物結(jié)合的LIQ量減小，抗紫外線性能減弱，所以溫度過高或過低都不利于棉織物陽離子改性，綜合考慮可選擇棉織物的改性溫度為90 ℃。

2.3改性時間對棉織物抗紫外性能的影響

NaOH 10 g/L，改性劑10 g/L，浴比1∶40，室溫投入棉織物進(jìn)行改性，以1 ℃/min升溫至90 ℃，保溫一定時間，改性時間對棉織物抗紫外線性能的影響如圖3所示。

由圖3可知，隨改性時間的延長，織物的UPF指數(shù)逐漸增加，UVA和UVB透過率逐漸降低，但改性10 min織物的UPF即達(dá)到60。這說明織物的抗紫外線性能在短時間內(nèi)即達(dá)到較高效果，隨改性時間的延長還繼續(xù)逐漸增強(qiáng)。這是因為在初始反應(yīng)階段，改性劑與棉織物的反應(yīng)性較高，反應(yīng)速率較快，繼續(xù)延長改性時間，有利于改性劑進(jìn)入纖維內(nèi)部，與棉纖維發(fā)生充分反應(yīng)，所以改性后的棉織物可與LIQ發(fā)生共價結(jié)合的基團(tuán)增多，抗紫外線性能增強(qiáng);一定改性時間后，織物改性完全，纖維吸附達(dá)到飽和，若改性時間繼續(xù)延長，棉織物不再與更多的改性劑反應(yīng)，所以織物的UPF指數(shù)以及UVA和UVB透過率在改性45 min后變化較小。綜合考慮棉織物改性的充分性和均勻性，及使未發(fā)生共價鍵合的改性劑去除，可選擇適宜的改性時間為60 min。

2.4氫氧化鈉用量對棉織物抗紫外性能的影響

改性劑10 g/L，浴比1∶40，室溫投入棉織物進(jìn)行改性，以1 ℃/min升溫至90 ℃，保溫60 min，氫氧化鈉用量對棉織物抗紫外線性能的影響如圖4所示。

由圖4可知，加入NaOH改性后棉織物的UPF指數(shù)

明顯增加，UVA和UVB透過率明顯降低，說明PECH—amine改性棉織物需要在堿性條件下進(jìn)行，且隨著NaOH用量的增加，UPF指數(shù)逐漸增加趨于平衡，這說明整理后棉織物的抗紫外線性能逐漸增強(qiáng)趨于穩(wěn)定。這是因為NaOH的加入使溶液呈堿性，NaOH在棉織物改性中起到了催化作用，可以促進(jìn)改性劑中的氯甲基與棉纖維羥基發(fā)生親核反應(yīng)[9]，提高改性效果，所以整理后的棉織物的抗紫外線性能逐漸增強(qiáng);當(dāng)NaOH質(zhì)量濃度大于10 g/L時，堿劑的加入不僅會促進(jìn)催化改性劑和棉纖維的反應(yīng)，同時也會促使改性劑的水解反應(yīng)，使部分改性劑斷鍵脫落，減少纖維上的改性劑含量，所以NaOH用量過大會減弱整理后棉織物的抗紫外線性能，且對棉纖維存在一定的潛在損傷，因此可選擇質(zhì)量濃度為10 g/L。

2.5抗紫外線防護(hù)整理織物的耐洗性

棉織物在改性劑PECH—amine 10 g/L、氫氧化鈉10 g/L、改性溫度90 ℃、保溫時間60 min條件下進(jìn)行陽離子改性，然后采用反應(yīng)型紫外吸收劑LIQ 3%（owf）對改性棉織物進(jìn)行無鹽抗紫外整理，整理后的織物進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)洗滌n次，抗紫外效果隨洗滌次數(shù)的變化如圖5所示。

由圖5可知，隨洗滌次數(shù)的增加，織物的UPF指數(shù)逐漸減小，經(jīng)過30次標(biāo)準(zhǔn)洗滌時，其UPF指數(shù)減小不超過6，這說明織物的抗紫外性能逐漸減弱，減弱幅度較小?？椢锵礈?0次之后，UPF指數(shù)仍保持在65以上，且UVA透過率和UVB透過率增加都不到0.5個百分點(diǎn)，說明織物在抗紫外線方面具有較好的耐洗性能。

3結(jié)語

采用陽離子改性劑PECH—amine對棉織物進(jìn)行陽離子化改性，改性棉織物用反應(yīng)型陰離子紫外吸收劑進(jìn)行紫外線防護(hù)整理，實現(xiàn)了棉織物無鹽紫外線防護(hù)整理，得到如下結(jié)論：

a）改性棉織物對其抗紫外線性能的優(yōu)化改性工藝為：PECH—amine改性劑10 g/L，氫氧化鈉10 g/L，改性溫度90 ℃，保溫時間60 min。

b）改性并經(jīng)整理后的棉織物具有很好的抗紫外線效果，UPF指數(shù)可達(dá)到75左右，經(jīng)過30次標(biāo)準(zhǔn)水洗之后，其UPF指數(shù)仍可保持在65以上，本研究的改性工藝簡單，可實現(xiàn)無鹽抗紫外線整理。

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