滌綸織物的親水改性及性能研究

絲綢是世界上最大、應用最廣泛的成套材料。目前，世界上同量纖維產量已占總排放量的60%以上。用于服裝材料、床單、各種裝飾材料、國防和軍工具體等紡織材料和其他工業纖維材料，如過濾材料、絕緣材料、車輪窗、傳送帶等。滌綸對伸長、壓縮、彎曲等形變的恢復能力與羊毛接近,具有彈性好,強度高,耐熱性好,耐磨性好等優點應用低溫等離子體處理滌綸織物,能使纖維表面產生活性自由基,形成親水中心,提高織物的吸濕性能本文以聚乙二醇為接枝聚合單體,研究了不同分子質量、不同濃度聚乙二醇1000、不同氬等離子體處理條件對提高滌綸織物親水性能的影響,通過靜電探針測定等離子體處理時的電子密度和電子溫度,分析等離子體作用機制,采用液態水分管理系統(MMT)測試改性織物的潤濕性能,探討了聚乙二醇對滌綸改性的反應機制,并對親水改性效果的耐久性進行了測定。1實驗部分1.1聚聚乙二醇純滌綸斜紋織物,密度為216.5根/10cm×134根/10cm,線密度為83.3dtex×166.7dtex,面密度為150g/cm聚乙二醇200、聚乙二醇600、聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000(天津市瑞金特化學品有限公司),氬氣(≥99.99%)(北京誠為信氣體銷售中心)。1.2儀器、試藥和檢測方法HD-2型冷等離子體改性設備,常州世泰等離子體技術開發有限公司;MMT液態水分管理系統,SDLATLASLtd;靜電探針自動測量儀,中國科學技術大學;JSM-6360SEM掃描電子顯微鏡,日本電子;OC20ContactAnglesystem,德國Dataphysicc公司;SOT2-24常壓染色振蕩器,東成染色機械廠有限公司;JA5003電子天平,上海天平儀器廠,Whirpool標準洗衣機和Whirpool標準烘干機,美國Whirpool公司。1.3等離子體處理條件滌綸織物→振蕩浸漬單體(質量分數為2%~30%,25℃,1h,浴比為1∶30)→晾干→等離子體處理→水洗2次(皂粉2g/L,95℃,5min,浴比為1∶30)→熨平→平衡24h(溫度為(20±1)℃、濕度為(65±2)%)→測試。等離子體處理條件為:功率20~300W;時間0.5~5min;壓強10~80Pa。1.4織物表面潤濕性評價1)電子密度(N2)潤濕性能測試。采用液態水分管理系統(MMT),參照AATCCTestMethod79—1979,可測得織物上下表面的潤濕時間、最大吸水率、最大潤濕半徑、液態水分擴散速率、累積單向傳遞指數、整體水分管理指數。本文僅選用織物上表面的潤濕時間和液態水分擴散速率來評價織物表面潤濕性。評定等級分為5級,1級最差,5級最優。3)耐久性測定。參照GB/T8629—2001《試驗用家庭洗滌和干燥程序》,程序采用4A:洗滌總負荷為(2±0.1)kg,標準皂粉用量為(66±1)g,洗滌溫度為(50±3)℃,洗滌時間為15min,經清洗、脫水、烘干,為1次洗滌。2結果與討論2.1聚乙二醇的用量聚乙二醇是一種理想的親水性表面活性劑,它有類似海藻的鏈結構,具有水溶性、柔順性等特性,對水則有較低界面能,可以很好地增加材料表面的親水性。表1、2分別示出不同聚乙二醇單體及聚乙二醇1000質量分數對織物潤濕性能影響。從表1中數據可知,滌綸織物經過不同分子質量的聚乙二醇(質量分數為30%)處理后,織物的親水性能差異很大,但均比未處理的織物有了很大的提高。由于聚乙二醇分子質量的不同使配制的溶液黏度不同,導致分子間空間位阻不同,在等離子體作用下與滌綸的反應活性也不一樣,改性后織物的親水性能產生差異,當相對分子質量為1000時,處理后的滌綸織物的潤濕性能最好,潤濕時間達到4.5級,擴散速率達到5級,因此選擇聚乙二醇1000作為研究對象。由表2的數據可以看出,隨著聚乙二醇1000質量分數的提高,處理后滌綸織物的潤濕時間不斷下降,織物表面的擴散速率則基本上維持在6mm/s左右。當聚乙二醇1000質量分數達到5%時,潤濕時間達到4.5級,織物表面的擴散速率達到5級,可見等離子體處理引發改性后滌綸織物的潤濕性達到較好的效果,繼續增加質量分數,潤濕時間和擴散速率不再繼續發生明顯的變化,因此聚乙二醇1000預處理的質量分數為5%較適宜。2.2織物潤濕時間等離子體處理功率對織物潤濕性能的影響結果見表3。可以看出,隨著等離子體處理功率的增加,電子密度隨之提高,即高能粒子數增加,電子溫度則隨之下降。處理后滌綸織物的潤濕時間不斷減少。吸附在滌綸纖維表面的聚乙二醇在等離子體產生的高能粒子的碰撞下,生成自由基,這些自由基與滌綸大分子在等離子體作用下產生的—CH當處理功率為50W時,織物的潤濕時間為3.5s,織物表面水分的擴散速率為6.5mm/s,繼續增大功率,潤濕時間減少的空間很小,擴散速率也基本保持不變,因此聚乙二醇1000接枝改性處理時,低溫等離子體處理功率選擇50W。2.3高能粒子數對接枝反應的影響等離子體處理時間對織物潤濕性的影響見表4。數據表明,延長等離子體處理時間有利于滌綸織物潤濕性能的提高。隨著處理時間的延長,雖然電子密度和電子溫度沒有顯著變化,但由于累計參與引發接枝聚合反應的高能粒子數增加,接枝反應隨時間增加而增加。由電鏡照片(見圖3)可知:處理0.5min后纖維表面出現微量的接枝反應產物,隨著處理時間的延長纖維表面的接枝反應產物明顯增多;當處理時間達到3min后繼續延長等離子體處理時間,纖維表面的生成物不再繼續增多,此時織物的潤濕時間和擴散速率基本保持不變,潤濕性能也不再隨處理時間的延長而繼續改善。由圖4可看到未改性前織物表面接觸角為127.7°,經等離子體處理3min后,接枝反應引入了親水性基團,織物表面接觸角為0°,因此,等離子體處理時間應為3min。2.4織物潤濕時間等離子體處理壓強對織物潤濕程度的影響見表5。由表中數據可知,等離子體處理時壓強增加,電子密度增加,處理后織物的潤濕時間縮短,親水性提高。由于接枝聚合反應取決于等離子體放電時高能粒子的數量,因此等離子體的電子密度增加,有利于接枝反應進行,處理后織物的潤濕時間隨之減小,當壓強達到30Pa以后,電子密度增加不再顯著,滌綸織物的潤濕時間達到2.9s(5級),不再隨壓強的增大顯著降低,因此壓強選擇30Pa為宜。2.5潤濕時間及擴散速率將滌綸織物經質量分數為5%的聚乙二醇1000預處理,然后經氬等離子體處理(50W,3min,30Pa),測定織物洗滌1、5、10次后的潤濕時間和擴散速率,結果見表6。數據表明,親水改性后織物經5次洗滌后仍保持良好的親水效果,這是接枝反應的結果,但10次洗滌后略有下降。3等離子體處理能力1)氬等離子體引發聚乙二醇接枝反應能顯著提高滌綸織物的吸濕性能,相對而言聚乙二醇1000效果最好,質量分數為5%較適宜。2)影響氬等離子體引發