拒水拒油腈綸膨體紗的整理溫度及其織物開發(fā)

龍 晶,沈蘭萍

(西安工程大學 紡織科學與工程學院,陜西 西安 710048)

0 引 言

腈綸纖維具有“人造羊毛”之稱[1],且表面粗糙,大分子呈不規(guī)則螺旋結(jié)構(gòu),沒有明顯的結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)[2],受熱表現(xiàn)出優(yōu)異的熱彈性[3]。利用腈綸纖維的特點，選用高收縮腈綸纖維[4]和正規(guī)纖維按一定的比例制成腈綸膨體紗[5],具有蓬松豐滿、柔軟保暖且富有彈性的特點[6]。腈綸纖維在加熱狀態(tài)下拉伸,然后在張力狀態(tài)下冷卻,使纖維內(nèi)部存在一種潛在應變,即具有潛在收縮的纖維稱為高收縮纖維,不具有潛在收縮的纖維稱為正規(guī)纖維[7]。

目前市場上出現(xiàn)的腈綸膨體紗產(chǎn)品功能比較單一,并且拒水拒油產(chǎn)品都是通過涂層、貼膜、印花等技術實現(xiàn)的[8-10]。如劉春艷等分別研究了滌棉織物、真絲織物拒水拒油整理[11-13];王科林等采用無氟拒水整理劑WS CONC.賦予毛織物拒水性能[14];Huang等研究了超疏水性超親油性聚苯硫醚超細纖維膜[15]。但以上拒水拒油產(chǎn)品均存在織物手感不夠柔軟,舒適性差[16]等問題。

為更好的開發(fā)戶外拒水拒油、保暖防風織物,避免涂層、貼膜等技術產(chǎn)生的織物舒適性差等問題,文中利用腈綸膨體紗獨特的吸濕膨脹性,優(yōu)異的蓬松豐滿性和柔軟保暖性[17],采用環(huán)保型拒水拒油整理劑、交聯(lián)劑對其進行拒水拒油整理,將紗線烘干、焙烘后,觀察其在顯微鏡下的膨脹程度,測試強伸性、耐磨性和毛羽量,探究整理溫度對拒水拒油腈綸膨體紗性能的影響,以期開發(fā)一種拒水拒油、保暖防風腈綸膨體紗面料。

1 實 驗

1.1 材料、試劑及儀器

1.1.1 材料 腈綸膨體紗(線密度14.76 tex，東莞正宇紡織品有限公司)。

1.1.2 試劑 三防環(huán)保型整理劑SK-1005(常州斯科尼亞商貿(mào)有限公司);交聯(lián)劑SK-FM(常州斯科尼亞商貿(mào)有限公司);蒸餾水。

1.1.3 儀器 PB3002-S電子天平(METTLER TOLEDO);GA392型(立式)漿紗機(江陰市通源紡機有限公司);光學顯微鏡(常州市第一紡織設備有限公司);HD021N+電子單紗強力儀(南通宏大實驗儀器有限公司);Y731D抱合力機(常州紡電儀器有限公司);YG171B-1型紗線毛羽測試儀(大倉市大明光電儀器廠);JC2000C1接觸角測試儀(上海中晨數(shù)字技術設備有限公司)。

1.2 工藝流程

14.76 tex×2腈綸膨體紗→整理液(50 g/L的三防環(huán)保型整理劑SK-1005+2g/L的交聯(lián)劑SK-FM)→一浸一軋(軋液率70%～80%)→預烘(90 ℃,30 s)→烘焙(110 ℃,120 ℃,130 ℃,140 ℃,150 ℃,60 s)。

1.3 織物組織及工藝參數(shù)

選擇2/1右斜紋進行拒水拒油織物的開發(fā),織物組織圖如圖1所示。上機織造工藝參數(shù)如表1所示。

圖 1 織物組織圖Fig.1 Fabric weave chart

織物密度/根·(10 cm)-1經(jīng)密緯密織物緊度/%經(jīng)向緯向總緊度/%筘號/齒·(10 cm)-130721970508597

1.4 表征與測試

1.4.1 膨脹程度 將試樣放置在標準溫室度下調(diào)濕24 h,測試環(huán)境溫度為20 ℃±2 ℃,相對濕度為65%±3%。分別在顯微鏡下觀察腈綸膨體紗的膨脹程度。

1.4.2 強伸性 參照GB/T 3916—2013《紡織品卷裝紗單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定(CRE法)》,將預調(diào)濕后的試樣放置在調(diào)濕用標準大氣條件下調(diào)濕48 h,使其達到吸濕平衡。將試樣夾入夾持器,預加張力(0.5±0.1)cN/tex,測試環(huán)境溫濕度同1.4.1。被測試紗線兩頭端隔距為500 mm,拉伸速度為500 mm/min。

1.4.3 耐磨性 參照FZ/T 01058—1999 《紗線耐磨試驗方法往復式磨輥法》標準測定。試樣需要放置到標準大氣條件下,進行調(diào)濕48 h,測試環(huán)境溫濕度同上。測試長度55±2 mm,摩擦速度60±1次/min。每個試樣測試30次,取平均值。

1.4.4 毛羽 參照FZ/T 01086—2000《紡織品紗線毛羽測定方法投影計數(shù)法》進行。將試樣放置在標準溫室度下調(diào)濕24 h,測試環(huán)境溫濕度同上。片段長度為1 m,測試速度30 m/min,每管測試30次,共5管,取平均值。

1.4.5 接觸角 參照ASTMD 5729—1999標準進行。用量角法測量織物與標準液的接觸角。選取不同的位置,測量5次,取平均值。接觸角越大,織物的拒水性能越好。

1.4.6 拒油性 參照AATCC標準118—2009評定。將20 cm×20 cm的腈綸膨體織物放在墊有白色吸水紙的光滑平面上,用8種不同表面張力的標準拒油試液,滴在織物緯向最小相距4 cm的5個位置處。測試級別由低到高不斷增加,觀察潤濕情況并對其評級。8級最好,1級最差。

1.4.7耐久性 參照 GB/T 12490—2007《紡織品 色牢度試驗:耐家庭和商業(yè)洗滌色牢度》 標準進行。水溫為40 ℃,洗滌劑濃度為0.2%,在150 mL溶液中洗滌45 min。此法相當于5次洗滌。洗滌后,在40 ℃和100 mL的水中洗滌2次,每次1 min,最后晾干或烘干。

2 結(jié)果與討論

分別用A、A1、A2、A3、A4、A5、A6表示未經(jīng)任何處理的膨體紗、90 ℃烘干30 s的膨體紗及在110，120，130，140，150 ℃時焙烘60 s的膨體紗。

2.1 紗線性能測試

2.1.1 膨體程度測試 在光學顯微鏡下觀察未處理膨體紗A及不同溫度處理的膨體紗A1～A6的膨脹程度，如圖2～3所示。

圖 2 未處理的膨體紗膨脹程度

(A1) 90 ℃,30 s (A2) 110 ℃,60 s

(A3) 120 ℃,60 s (A4) 130 ℃,60 s

(A5) 140 ℃,60 s (A6) 150 ℃,60 s圖 3 不同溫度下處理的膨體紗膨脹程度Fig.3 Expansion degree of bulk yarns at different temperatures

由圖2,3可知,未經(jīng)任何整理劑處理的膨體紗處于膨脹狀態(tài),經(jīng)不同拒水拒油溫度整理的膨體紗,隨著溫度的上升,其膨脹程度呈先下降后上升的趨勢。造成這一結(jié)果的原因是溫度在90 ℃烘干時,整理劑和交聯(lián)劑沒有完全浸透膨體紗,腈綸膨體紗還處于較蓬松狀態(tài)。一般來說,隨著烘焙溫度的增加,整理劑分子可以與纖維充分接觸,反應更加徹底,使得紗線表面的拒水拒油薄膜更加緊密。但由于腈綸膨體紗獨特的升溫膨脹性,在 110 ℃時,腈綸膨體紗膨脹程度最小,此時整理劑和交聯(lián)劑與纖維之間結(jié)合增加,完全浸透膨體紗,使其纖維處于完全束縛狀態(tài)。隨著烘焙溫度的不斷升高,在140 ℃時,整理后的膨體紗處于最大膨脹程度狀態(tài),造成此現(xiàn)象的原因可能是溫度的升高導致紗線表面的拒水拒油膜破裂,使得纖維完全脫離束縛,處于蓬松狀態(tài)。

2.1.2 強伸性測試 不同溫度整理的拒水拒油腈綸膨體紗的強伸性測試結(jié)果如表2所示。由表2可知,這7種紗線均具有優(yōu)異的強力和拉伸性能。不同溫度整理的拒水拒油膨體紗的斷裂強力和斷裂伸長率與原膨體紗相比,強力和拉伸性沒有明顯變化,說明整理溫度對拒水拒油腈綸膨體紗的強伸性影響不顯著。

表 2 強伸性能測試結(jié)果

2.1.3 耐磨性測試 不同溫度整理的拒水拒油腈綸膨體紗的耐磨性測試結(jié)果如表3所示。由表3可知,不同溫度整理的拒水拒油膨體紗的耐磨性與原膨體紗相比,均有所提高,并且隨著溫度的不斷增加,膨體紗的耐磨次數(shù)呈先上升后下降的趨勢。造成此現(xiàn)象的原因是腈綸膨體紗本身比較蓬松,紗線內(nèi)纖維之間具有較多的空隙,拒水拒油整理劑和交聯(lián)劑的使用會使其內(nèi)部加入一定的增強體,從而提高膨體紗線的耐磨性。在烘焙溫度為110 ℃時,紗線的耐磨次數(shù)最多,耐磨性最好,再結(jié)合圖3,此時因為拒水拒油整理劑分子與紗線纖維可以充分接觸,完全滲透紗線,使得紗線表面形成致密的拒水拒油薄膜。但隨著烘焙溫度的增加,腈綸膨體紗線的膨脹程度也不斷增加,導致紗線表面和纖維之間的整理劑有所減少,紗線表面的拒水拒油薄膜也有所破裂,因此耐磨性也有所降低。

表 3 耐磨次數(shù)測試結(jié)果

2.1.4 紗線毛羽測試 不同溫度整理的拒水拒油腈綸膨體紗的毛羽量測試結(jié)果如表4所示。毛羽的多少直接影響紗線的外觀和使用性能,因此毛羽的長短、數(shù)量以及分布狀況決定著紗線、成品的外觀和手感。由表4可知,8～9 mm的毛羽幾乎不存在,6～7 mm的毛羽所占比例較小。不同溫度整理的拒水拒油膨體紗的毛羽量與原膨體紗相比均有所降低,且隨著溫度的不斷增加,膨體紗的毛羽量呈先下降后上升的趨勢。烘焙溫度在110 ℃時,腈綸膨體紗的毛羽量最少。結(jié)合圖3,此時的拒水拒油整理劑和交聯(lián)劑分子與纖維結(jié)合緊密,使紗線表面和內(nèi)部的纖維均束縛在一起,從而膨體紗的毛羽量最少。因為整理劑分子與纖維分子以共價鍵結(jié)合,隨著溫度的進一步增加,部分共價鍵與纖維分子結(jié)合不牢固,使得膨體紗線不斷膨脹,纖維束露出紗線表面,因此,毛羽量有所增加。

表 4 3 mm及以上毛羽測試結(jié)果對比

綜合對比不同溫度處理的拒水拒油腈綸膨體紗線的各項性能測試結(jié)果可知,當整理溫度為 110 ℃時,腈綸膨體紗膨脹程度最小,耐磨性最好,毛羽指數(shù)最少。

2.2 織物拒水拒油性能測試

采用110 ℃處理的拒水拒油腈綸膨體紗進行拒水拒油型織物的設計與開發(fā),并對其接觸角、拒油性和耐久性進行測試,測試結(jié)果如表5所示。

表 5 織物洗滌前后拒水拒油測試結(jié)果

由表5織物拒水拒油性能測試結(jié)果可知,織物洗滌之前的接觸角和拒油等級分別為147.1°和7級,具有優(yōu)異的拒水拒油性能; 經(jīng)過洗滌10次之后,織物的接觸角和拒油等級均有所下降。原因是洗滌劑和洗滌過程中外力的作用,織物受到摩擦,使得部分與紗線結(jié)合不牢固的共價鍵破壞,導致紗線表面的拒水拒油膜破壞,從而影響了織物的拒水拒油性能。但當水洗10次之后,織物的接觸角和拒油等級分別在135.3°和6級,仍具有較好的拒水拒油性能且能滿足服用性能要求。

3 結(jié) 論

(1) 經(jīng)不同溫度整理的拒水拒油膨體紗與原膨體紗相比,紗線的強伸性無明顯變化,而耐磨性和毛羽指數(shù)均有所改善。當溫度為 110 ℃時,腈綸膨體紗膨脹程度最小，耐磨性最好，毛羽指數(shù)最少。

(2) 采用110 ℃處理的拒水拒油腈綸膨體紗設計開發(fā)的織物，洗滌之前的接觸角和拒油等級分別為147.1°和7級,具有優(yōu)異的拒水拒油性能。經(jīng)水洗10次之后,織物的接觸角和拒油等級分別在135.3°和6級,仍具有較好的拒水拒油性能且能滿足服用性能要求。