CN102061610A - 一种改善涤纶织物亲水性能的整理方法 - Google Patents

一种改善涤纶织物亲水性能的整理方法 Download PDF

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陈森
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Abstract

本发明为一种改善涤纶织物亲水性能的整理方法，以聚乙二醇为接枝单体，经低温等离子体处理，引发聚乙二醇在涤纶纤维上发生接枝反应。包括浸渍接枝单体、接枝处理和后处理三个步骤。其中，所述的浸渍接枝单体步骤中，聚乙二醇水溶液的浓度为5～30％，浸渍温度为20～30℃，浸渍时间为1～1.5h，浴比为1∶30～1∶50；所述的接枝处理为低温等离子体处理，其辐照气氛为氩气，辐照强度为50～200W，辐照时间为1～5min，真空度为20～80Pa；所述的后处理步骤包括水洗、干燥。本发明的整理方法使得疏水的涤纶织物性能得到明显改善，提高了其吸湿、导湿性能，实现了穿着使用舒适的效果。

Description

一种改善涤纶织物亲水性能的整理方法
技术领域
本发明涉及一种以涤纶为基本材料的纺织品的加工技术，特别是一种改善涤纶织物亲水性能的整理方法。
背景技术
涤纶是世界产量最大，应用最广泛的合成纤维品种，目前涤纶占世界合成纤维产量的60％以上，大量用于服装面料、床上用品、国防军工特殊织物等纺织品以及其他工业用纤维制品。
涤纶纤维对伸长、压缩、弯曲等形变的恢复能力与羊毛接近，具有弹性好、强度高、耐热性好、耐磨性好等优点，但作为疏水性纤维，回潮率只有0.4％，吸湿性差成为影响服用性能的主要原因。随着生活条件的改善，生活质量不断提高，人们对服装面料的要求也逐渐提高，希望它既有天然纤维制品的保暖性、舒适性，又具有合成纤维优良的弹性和强力，因此对涤纶等合成纤维的改性加工，提升他们的服用性能成为纺织服装加工领域的研究重点。
提高涤纶纤维的亲水性能研究主要有两类：一是物理方法：通过与亲水性物质共混或复合纺丝提高纤维的亲水性，或进行纤维微孔化处理和纤维截面异形化提高纤维表面的水润湿性能；二是化学方法：通过引入亲水单体嵌段共聚使大分子具有亲水性，或通过亲水性单体接枝共聚，在纤维表面进行亲水化整理，接枝共聚方法可以纯化学反应，也可以借助等离子体、紫外照射等手段。
进入二十一世纪，服装面料的舒适性、功能性和环保性是人们追求的目标，因此在涤纶亲水改性方面投入了更大的力量，不仅采用化学方法，还结合一些等离子体处理等物理改性的技术手段。
等离子体是物质的第四态，是一种特异性能的气体，其基本特征是气体聚集态中电子的负电荷总数和离子的正电荷总数在数值上是相等的，宏观上呈现电中性。应用于纺织品加工的主要是低温等离子体，低温等离子体泛指近局域热力学平衡等离子体，在低温热等离子体中，不仅含有大量化学反应活性极高的电子、离子，还有分子、原子、自由基，它们不仅是能量的携带者，而且还可能作为反应物直接参加化学反应。在低温等离子体中，气压较高，放电电场强度较低，因而粒子间的相互碰撞起支配作用，热电离是主要的机制。电子通过弹性碰撞，将能量传递给重粒子，进而依靠重粒子间的热运动产生一系列的热分解、热电离，最终形成近局域热力学平衡的低温热等离子体。
低温热等离子体分为电晕放电(corona discharge)、辉光放电(glow discharge)和射流放电(sputter discharge)，其中最常用的是前两种。电晕放电即低频放电，指的是在大气压条件下，以空气为介质，由高电压弱电流所引起的放电，产生的是一种低离子密度的低温等离子体；在两个电极施加一高电压时便产生电晕放电。辉光放电是低于大气压(1.33～66.7kPa，10～500Torr)条件下的高频放电。辉光放电中压力显著低于大气压，能减少等离子体之间相互碰撞，这样辉光放电中电子的能量更高些，这就决定了辉光放电产生的活性因子(电子)的渗透性较电晕放电强，对被处理的表面改性更加强烈。
低温等离子体技术自上世纪60年代引入到纺织领域，以其对纺织品改性的干态加工特点，挑战传统的以水为介质的化学湿加工方式。在当今倡导清洁生产、节约资源的大形势下，等离子体处理技术无需耗用大量水和能源，无需进行高成本的废水处理，是环保的加工技术。
关于化学接枝与低温等离子相结合的方法，现有技术有采用引入丙烯酸基团或环氧基团，然后借助了低温等离子体引发技术。如：李永强等在《纺织学报》2005年第4期发表的“氩等离子体引发涤纶纤维表面丙烯酸接枝”的论文论述了用丙烯酸作为接枝单体对涤纶纤维进行表面改性提高涤纶纤维的润湿性、染色性等性能，具体方法：涤纶长丝浸渍丙烯酸纯溶液5h，晾干，等离子体处理(电容式耦合辉光放电)，皂煮，水洗，烘干。在放电功率160W，放电时间10min处理后按照AATCC Test Method 39-1971进行测定，表面润湿时间达到221秒，放置10天后仍能达到243秒，说明具有耐久性。但丙烯酸类单体挥发性强，有强烈的刺激味，不宜工业化推广使用。
潘长江等在《功能材料》2003年第4期发表论文“等离子体表面接枝改性聚对苯二甲酸乙二醇酯的血液相容性研究”研究了涤纶(对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜经低温等离子体处理引发聚乙二醇接枝后提高对血液的相容性，通过测定薄膜表面的接触角，X射线光电子能谱仪测定分析样品表面的元素结构变化，并结合血液相容性指标说明改性结果。但未公开低温等离子体处理条件。
发明内容
为了解决现有技术中丙烯酸类单体挥发性强，有强烈的刺激味，不宜工业化推广使用的缺点，本发明提供了一种经济环保，且易实施的加工方法，提高了涤纶织物的亲水性能，改善了涤纶织物的穿着舒适性，同时还使其具有一定的抗静电功能。
本发明的一种改善涤纶织物亲水性能的方法是这样实现的，
本发明的一种改善涤纶织物亲水性能的整理方法是一种化学方法结合物理改性方法，其特征在于：
所述的整理方法以聚乙二醇为接枝单体，经低温等离子体处理，引发聚乙二醇在涤纶纤维上发生接枝反应。
所述的整理方法包括浸渍接枝单体、接枝处理和后处理三个步骤。
在具体实施中
所述的浸渍接枝单体步骤中，聚乙二醇水溶液的浓度为5～30％，浸渍温度为20～30℃，浸渍时间为1～1.5h，浴比为1∶30～50；
经过聚乙二醇水溶液浸渍后的涤纶织物经干燥后进行接枝处理。
所述的聚乙二醇为市售、分子量为950～2100、熔点为35.0～50.0℃的、易溶于水的白色膏状或片状物质。
所述的接枝处理为低温等离子体处理步骤中，辐照气氛为氩气，辐照强度为50～200W，辐照时间为1～5min，真空度为20～80Pa。
所述的低温等离子体为辉光放电等离子体。
所述的后处理步骤可以包括水洗、干燥经接枝处理后的涤纶织物。
所述的涤纶织物可以为100～300g/m2结构较紧密的机织纯涤纶织物或针织物。
更优选的操作条件是：
所述的浸渍接枝单体步骤中，聚乙二醇分子量为1000、聚乙二醇水溶液的浓度为5％；浸渍条件为：浸渍温度为25℃、时间为1h、浴比为1∶30；
所述的低温等离子体处理中，辐照气氛为氩气、辐照强度为50～100W、辐照时间为2～3min、真空度为30Pa；
所述的后处理步骤中，在温度95℃、皂粉2g/L、时间5min，浴比1∶30条件下水洗2次，然后在200℃以下熨干。
在本发明中，聚乙二醇具有无色、无味，易溶于水的特点，使用其作为接枝单体，在反应过程中不会产生刺激性的气味，且未参加反应的剩余单体易于除去。该单体与涤纶纤维的接枝反应如下：
Figure B2009102109008D0000051
在本发明中还使用了低温等离子体手段，可以产生高能量的带电粒子，包括电子、带正电荷的离子以及自由基、激发分子，这些电子和分子能引发纤维表面的聚乙二醇与纤维大分子反应，促使反应在短时间内完成；而辉光放电等离子体为低温等离子体的一种，处理方法清洁环保，引发接枝反应完全，加工过程无污染物排放。
本专利提供的是辉光放电低温等离子体引发接枝聚合技术，该技术有效实现涤纶织物表面亲水改性，提高织物的穿着舒适性，同时具有节能环保的特性。
本发明与现有技术(李永强论文)不同之处在于：加工对象不同，选用的接枝单体不同，测试评价方法不同。本发明研究的是涤纶织物，不同于涤纶长丝；采用的接枝单体是无色无味的聚乙二醇，不是具有强烈刺激味的丙烯酸；对织物的测试评价方法更多、更全面，更接近穿着效果。
本发明与现有技术(潘长江论文)的不同之处在于：加工对象不同，测试表征手段不同，效果评价角度不同。本发明研究的是涤纶织物，结构不如薄膜紧密，在同等处理条件下，薄膜能达到的效果织物上未必能达到，因此薄膜的表面改性研究结果是不能用于织物的结果；涤纶织物是服装面料，穿着过程中对舒适性和手感有具体的要求，而薄膜材料不需要考虑这些因素，因此两者之间在评价指标上有很大差别，无法等同。
通过本发明的整理方法，使得疏水的涤纶织物性能具有明显的改善，提高了其吸湿、导湿性能，而且具有耐久性，实现了穿着使用舒适的效果。
经本发明的整理方法加工处理后涤纶产品，可应用于服装、家用纺织品等方面。
附图说明
图1  1#织物处理前接触角测定
图2  1#织物处理后接触角测定
图3  1#织物处理前电镜照片
图4  1#织物处理后电镜照片
具体实施方式
实施例1
实施过程：织物准备→浸渍接枝单体→接枝处理→后处理→性能测试。
1)织物准备
1#织物：纯涤纶斜纹织物550×340根/10cm，75D×150D，150g/cm2；
2)浸渍接枝单体
接枝单体：聚乙二醇1000，分子量950-1050；
浸渍条件：振荡浸渍，单体浓度5％，温度25℃，时间1h，浴比1∶30；
处理设备：SOT2-24常压染色振荡器，(东成染色机械厂有限公司)；
晾干：空气中自然晾干。
3)接枝处理
低温等离子体处理；
处理气氛：氩气，
功率：50W；
时间：3min；
真空度：30Pa；
处理设备：HD-2型冷等离子体改性设备(常州世泰等离子体技术开发有限公司)。
4)后处理
水洗2次：皂粉2g/L，温度95℃，时间5min，浴比1∶30；
干燥：190℃以下熨干。
5)性能测试
(1)织物准备：
熨平：190℃以下；
平衡：时间24h，温度20±1℃，湿度65±2％。
(2)亲水性能测试：
参照AATCC Test Method 79-1979，采用“液态水分管理系统(MMT)”测试，可测得织物上下表面的润湿时间、最大吸水率、最大润湿半径、液态水分扩散速率，累积单向传递指数，整体水分管理指数。评定等级分为5级，1级最差，5级最优。
(3)表面接触角测定：
采用OC20Contact Angle system(德国Dataphysicc公司)测定织物处理前后的水滴与织物表面的接触角。接触角越小，表示织物易润湿，亲水性越好。
(4)扫描电镜观察：
采用JSM-6360SEM扫描电子显微镜(日本电子)观察接枝反应前后纤维表面的形态结构变化。
(5)抗静电性能测试：
参照ZBW 04009-89《织物摩擦起电电压测定方法》测定处理前后织物的摩擦静电压和半衰期；参照FZ/T01060-1999《织物摩擦带电电荷密度测定方法》测定处理前后织物的表面电荷密度。。
织物处理前后的性能比较结果见表1。
表1  1#织物处理前后的性能比较
Figure B2009102109008D0000081
Figure B2009102109008D0000091
注：*括号内为评定等级。
实施例2
实施过程：织物准备→浸渍接枝单体→接枝处理→后处理→性能测试。
1)织物准备
2#织物：纯涤纶平纹织物690×500根/10cm，50D/96f，100g/cm2。
2)浸渍接枝单体
接枝单体：聚乙二醇1000，分子量950-1050；
浸渍条件：振荡浸渍，单体浓度5％，温度25℃，时间1h，浴比1∶30；
处理设备：SOT2-24常压染色振荡器，(东成染色机械厂有限公司)；
晾干：空气中自然晾干。
3)接枝处理
低温等离子体处理；
处理气氛：氩气，
功率：100W；
时间：2min；
真空度：30Pa；
处理设备：HD-2型冷等离子体改性设备(常州世泰等离子体技术开发有限公司)。
4)后处理
水洗2次：皂粉2g/L，温度95℃，时间5min，浴比1∶30；
干燥：200℃以下熨干。
5)性能测试
同实施例1
织物处理前后的性能比较结果见表2。
表22#织物处理前后的性能比较
注：*括号内为评定等级。

Claims (10)

1.一种改善涤纶织物亲水性能的整理方法，所述的方法是一种化学方法结合物理改性方法，其特征在于：
所述的整理方法以聚乙二醇为接枝单体，经低温等离子体处理，引发聚乙二醇在涤纶纤维上发生接枝反应。
2.根据权利要求1的改善涤纶织物亲水性能的整理方法，其特征在于：
所述的整理方法包括浸渍接枝单体、接枝处理和后处理三个步骤。
3.根据权利要求2的改善涤纶织物亲水性能的整理方法，其特征在于：
所述的浸渍接枝单体步骤中，聚乙二醇水溶液的浓度为5～30％，浸渍温度为20～30℃，浸渍时间为1～1.5h，浴比为1∶30～50；
经过聚乙二醇水溶液浸渍后的涤纶织物经干燥后进行接枝处理。
4.根据权利要求3的改善涤纶织物亲水性能的整理方法，其特征在于：
所述的聚乙二醇为市售、分子量为950～2100、熔点为35.0～50.0℃的、易溶于水的白色膏状或片状物质。
5.根据权利要求2的改善涤纶织物亲水性能的整理方法，其特征在于：
所述的接枝处理为低温等离子体处理步骤中，辐照气氛为氩气，辐照强度为50～200W，辐照时间为1～5min，真空度为20～80Pa。
6.根据权利要求5的改善涤纶织物亲水性能的整理方法，其特征在于：
所述的低温等离子体为辉光放电等离子体。
7.根据权利要求2的改善涤纶织物亲水性能的整理方法，其特征在于：
所述的后处理步骤包括水洗、干燥经接枝处理后的涤纶织物。
8.根据权利要求1的改善涤纶织物亲水性能的整理方法，其特征在于：
所述的涤纶织物为100～300g/m2结构较紧密的机织纯涤纶织物或针织物。
9.根据权利要求4的改善涤纶织物亲水性能的整理方法，其特征在于：
所述的涤纶织物为100～300g/m2结构较紧密的机织纯涤纶织物或针织物；
所述的接枝处理为低温等离子体处理步骤中，辐照气氛为氩气，辐照强度为50～200W，辐照时间为1～5min，真空度为20～80Pa；所述的低温等离子体为辉光放电等离子体；
所述的后处理步骤包括水洗、干燥经接枝处理后的涤纶织物。
10.根据权利要求9的改善涤纶织物亲水性能的整理方法，其特征在于：
所述的浸渍接枝单体步骤中，聚乙二醇分子量为1000、聚乙二醇水溶液的浓度为5％；浸渍条件为：浸渍温度为25℃、时间为1h、浴比为1∶30；
所述的低温等离子体处理中，辐照气氛为氩气、辐照强度为50～100W、辐照时间为2～3min、真空度为30Pa；
所述的后处理步骤中，在温度95℃、皂粉2g/L、时间5min，浴比1∶30条件下水洗2次，然后在200℃以下熨干。
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