滌綸織物堿減量改性工藝及其染色性能

崔文豪,郭曉玲,崔 貞,孫正琪

(西安工程大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安 710048)

0 引 言

滌綸作為第一大合成纖維,具有優(yōu)良的耐熱性、耐腐蝕性和尺寸穩(wěn)定性,且價(jià)格便宜,因此一直受到紡織行業(yè)的青睞[1-2]。但由于滌綸大分子結(jié)構(gòu)排列緊密、結(jié)晶度高,以及滌綸大分子結(jié)構(gòu)中缺少與染料結(jié)合的活性基團(tuán),使得滌綸染色性能差,染色困難[3-4]。通常采用分散染料在高溫高壓條件下進(jìn)行染色,但此種方法染色時(shí)間長(zhǎng)且對(duì)設(shè)備要求高[5-8]。因此,研究滌綸織物染色工藝具有重要意義[9-11]。

目前,常采用對(duì)滌綸改性的方法來(lái)提高其染色性能,使得染料易于進(jìn)入滌綸纖維內(nèi)部[12-13]。改性方法要包括共聚改性、共混改性、添加無(wú)機(jī)粒子改性、接枝改性以及表面處理改性等[14-16]。其中表面處理改性主要有等離子體改性、堿減量改性、紫外輻照改性等,國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者對(duì)這些方法進(jìn)行了大量研究[17-20]。堿減量改性操作相對(duì)簡(jiǎn)單、成本低且易于實(shí)現(xiàn)。張保宏等[21]對(duì)滌綸堿減量處理影響因素進(jìn)行了探討。范云麗等[22]通過對(duì)滌綸堿減量處理,提高了織物的上染性能。

文中采用堿減量改性的方法對(duì)滌綸平布織物和滌綸塔夫織物進(jìn)行處理。通過正交試驗(yàn),探討2種滌綸織物堿減量改性的最優(yōu)工藝，并利用掃描電鏡觀察處理前后2種滌綸織物表面形態(tài)結(jié)構(gòu)。選用弱酸性紅RN染液對(duì)其進(jìn)行染色,以上染率來(lái)評(píng)價(jià)處理前后兩種滌綸織物的染色性能。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料與試劑

1.1.1 原料 滌綸平布(經(jīng)密338根/10 cm,緯密288根/10 cm,經(jīng)向斷裂強(qiáng)力460.4 N,緯向斷裂強(qiáng)力346.4 N)，滌綸塔夫(經(jīng)密677根/10 cm,緯密410根/10 cm,經(jīng)向斷裂強(qiáng)力679.3 N,緯向斷裂強(qiáng)力426.2 N)。

1.1.2 試劑 無(wú)水乙醇(分析純,天津恒興化學(xué)試劑制造有限公司),硝酸(分析純,西安福晨化學(xué)試劑有限公司),氫氧化鈉(分析純,天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠)。

1.2 儀器

YG026B型電子織物強(qiáng)力機(jī)(寧波紡織儀器),JA1203N型電子天平(上海精密科學(xué)儀器公司),HH-6型恒溫水浴鍋(金壇市榮華儀器制造有限公司),Quanta600F型掃描電鏡(美國(guó)FEI公司),U-3310型紫外可見分光光度計(jì)(日本日立公司)。

1.3 滌綸織物堿減量改性

滌綸織物堿減量改性原理為：將滌綸織物置于一定溫度和濃度的 NaOH溶液中,聚酯大分子鏈上的酯鍵發(fā)生水解,使得其纖維直徑變細(xì)、質(zhì)量減輕、表面粗糙程度增加[23]。具體實(shí)驗(yàn)方法為:首先將裝有一定濃度NaOH溶液的燒杯放入恒溫水浴鍋中,加熱至設(shè)定溫度;再將一定量的滌綸織物浸入堿液中,隔一段時(shí)間攪拌,到達(dá)規(guī)定時(shí)間后取出，最后用去離子水洗至中性。

1.4 正交試驗(yàn)

選取NaOH濃度、溫度與時(shí)間為影響因素,設(shè)計(jì)3因素3水平正交試驗(yàn),并設(shè)定具體參數(shù)，見表1。

表 1 正交試驗(yàn)因素水平表

1.5 測(cè)試與表征

1.5.1 減量率 采用稱重法對(duì)滌綸織物進(jìn)行減量率測(cè)定。稱取一定質(zhì)量的滌綸織物放入NaOH溶液中,經(jīng)過一定時(shí)間后,取出洗凈,烘干稱重。計(jì)算公式如下:

(1)

式中:M表示減量率,%;M0表示原織物質(zhì)量,g;M1表示堿減量后織物質(zhì)量,g。

1.5.2 斷裂強(qiáng)力 依據(jù)GB/T3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定》,采用YG026B型電子織物強(qiáng)力機(jī)對(duì)堿減量處理前后滌綸織物的斷裂強(qiáng)力進(jìn)行測(cè)試。

1.5.3 掃描電鏡 采用Quanta600F型掃描電鏡對(duì)堿減量處理前后滌綸織物的形貌進(jìn)行觀察分析。放大倍數(shù)為105倍。

1.5.4 上染率 對(duì)堿減量處理前后滌綸織物的染色性能進(jìn)行測(cè)試。分別稱取一定量處理前后的滌綸織物，浸入5 mg/L的弱酸性紅RN溶液中,待一定時(shí)間后取出織物,測(cè)試采用U-3310型紫外可見分光光度計(jì)殘液的吸光度,并計(jì)算上染率，公式如下：

(2)

式中:A表示上染率,%;A0表示弱酸性紅RN溶液的初始吸光度;A1表示殘液的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 滌綸織物堿減量改性工藝正交試驗(yàn)分析

滌綸平布和滌綸塔夫堿減量改性工藝正交試驗(yàn)結(jié)果如表2～3所示。

表 2 滌綸平布正交試驗(yàn)結(jié)果

表 3 滌綸塔夫正交試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 滌綸織物的減量率分析 滌綸平布和滌綸塔夫的減量率試驗(yàn)結(jié)果分別如表4～5所示。

表 4 滌綸平布的減量率試驗(yàn)結(jié)果分析

由表4可知，影響滌綸平布?jí)A減量改性工藝的主次順序?yàn)锽>A>C,即溫度影響最大。由于B3>B2>B1,故選擇B3，同理,選擇A3、C2。由表5可知,溫度對(duì)滌綸塔夫影響也是最大的,且影響因素的主次順序也為B>A>C,優(yōu)化的最佳方案都為B3A3C2。

表 5 滌綸塔夫的減量率試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.2 滌綸織物的斷裂強(qiáng)力分析 以改性后滌綸平布和滌綸塔夫的斷裂強(qiáng)力為指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如表6和表7所示。由表6可看出,影響滌綸平布經(jīng)向斷裂強(qiáng)力的堿減量改性工藝的主次順序?yàn)锽>A>C,即溫度影響最大。由于B1>B2>B3,故選擇B1,同理選擇A1、C2,即最優(yōu)方案為B1A1C2。影響滌綸平布緯向斷裂強(qiáng)力的堿減量改性工藝的主次順序?yàn)锳>B>C,同理可得最優(yōu)方案為A1B1C2。

表 6 滌綸平布的斷裂強(qiáng)力試驗(yàn)結(jié)果分析

由表7可看出,影響滌綸塔夫經(jīng)向斷裂強(qiáng)力的堿減量改性工藝的主次順序?yàn)锽>C>A,即溫度影響最大。由于B1>B2>B3,故選擇B1,同理選擇C1、A1,即最優(yōu)方案為B1C1A1。影響滌綸塔夫緯向斷裂強(qiáng)力的堿減量改性工藝的主次順序?yàn)锳>B>C,同理可得最優(yōu)方案為A1B1C2。

表 7 滌綸塔夫的斷裂強(qiáng)力試驗(yàn)結(jié)果分析

綜上所述,在保證織物基本力學(xué)性能不受影響的前提下,進(jìn)行改性提高其吸附性能。根據(jù)織物經(jīng)、緯向斷裂強(qiáng)力可知,相對(duì)于時(shí)間,NaOH濃度和溫度對(duì)滌綸平布和滌綸塔夫堿減量改性工藝均有著重要影響,由于兩種織物的NaOH濃度和溫度影響因素的優(yōu)化方案均為A1B1。所以選取A1B1;在溫度的影響因素中,堿減率、滌綸塔夫緯向斷裂強(qiáng)力和滌綸平布的斷裂強(qiáng)力多數(shù)優(yōu)化方案傾向于C2。綜合考慮以上分析結(jié)果,選擇A1B1C2為最優(yōu)滌綸平布和滌綸塔夫堿減量改性的最優(yōu)工藝。即NaOH濃度為200%(owf),溫度為70 ℃,時(shí)間為90 min。

2.2 滌綸織物的SEM 分析

滌綸平布和滌綸塔夫堿減量處理前后SEM照片分別如圖1～2所示,從圖中可以看出,處理前滌綸平布和滌綸塔夫表面光滑;經(jīng)過堿減量處理后滌綸長(zhǎng)絲表面產(chǎn)生了不同大小的凹槽。這是因?yàn)闇炀]與堿液接觸時(shí),其分子鏈中的酯鍵會(huì)發(fā)生水解;同時(shí)在紡絲過程中由于消光劑的加入,會(huì)帶入部分空氣在滌綸長(zhǎng)絲表面或內(nèi)部形成空氣泡,而這些空氣泡周圍也易與堿液發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致長(zhǎng)絲表面產(chǎn)生不同深度、不同大小的凹坑。

(a) 處理前 (b) 處理后圖 1 滌綸平布?jí)A減量處理前后SEM照片F(xiàn)ig.1 SEM photographs of polyester plain cloth before and after reduction treatment

(a) 處理前 (b) 處理后圖 2 滌綸塔夫堿減量處理前后SEM照片F(xiàn)ig.2 SEM photographs before and after polyester taff alkali reduction treatment

2.3 滌綸織物的染色性能分析

滌綸織物堿減量處理前后對(duì)弱酸性紅RN染液的上染效果如圖3所示。其中,圖3(1)表示滌綸平布的上染效果,圖3(2)表示滌綸塔夫的上染效果。從圖3中可以看出,經(jīng)過堿減量改性后,滌綸平布和滌綸塔夫的上染率明顯提高。當(dāng)時(shí)間低于60 min時(shí),隨著時(shí)間的增大,上染率不斷增加;當(dāng)時(shí)間高于60 min時(shí),滌綸織物上染基本達(dá)到飽和。此時(shí),滌綸平布的上染率提高了10.13%,滌綸塔夫的上染率提高了11.93%。這是由于經(jīng)過堿處理后的滌綸纖維變細(xì)、表面產(chǎn)生凹槽,導(dǎo)致纖維比表面積增加,有利于染液吸附在纖維表面。

(a) 滌綸平布

(b) 滌綸塔夫圖 3 滌綸織物堿減量處理前后對(duì)弱酸性紅RN染液的上染效果

3 結(jié) 論

(1) 通過正交試驗(yàn)分析滌綸平布和滌綸塔夫的堿減量改性工藝,發(fā)現(xiàn)相對(duì)于時(shí)間,NaOH濃度和溫度對(duì)滌綸平布和滌綸塔夫堿減量改性工藝均有著重要影響。得到改性的最優(yōu)工藝:NaOH的用量為200%(owf),溫度為70 ℃,時(shí)間為90 min。

(2) 掃描電鏡照片顯示,與改性前相比,改性后的滌綸平布和滌綸塔夫表面產(chǎn)生明顯的凹槽。

(3) 改性后的滌綸平布和滌綸塔夫?qū)θ跖湫约tRN染液的上染率明顯提高。上染60 min時(shí)已基本達(dá)到飽和,此時(shí)滌綸平布的上染率提高了10.13%,滌綸塔夫的上染率提高了11.93%。