CN115323765B - 一种涤纶织物涂覆改性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种涤纶织物涂覆改性的方法，属于涤纶表面改性后整理技术领域。本发明的方法包括如下步骤：包括如下步骤：将经精炼处理的涤纶织物浸渍在TiO2/PEG复配分散液中，在pH为中性、室温条件下进行二浸二轧，洗涤，干燥，得到亲水改性涤纶织物。本发明提供了一种室温条件下的，成本较低的，温和且高效的涤纶织物涂覆改性的方法。基于本发明的特定方法，在对PEG分子量和PEG200的浓度的优化后，在60s内的水接触角由改性前的106.2°降至改性后的17.0°，降幅达到82.9％；断裂强力以及断裂伸长率相较于精炼处理的涤纶织物有所提升；亲水改性的持久度和稳定性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种涤纶织物涂覆改性的方法，属于涤纶表面改性后整理技术领域。
背景技术
涤纶作为世界上产量以及使用量最多的化纤之一，具有很多优良的特性，例如强度高、模量高、耐拉伸、抗皱保形、耐磨，洗可穿性等。但另一方面，涤纶也有许多缺点。由于涤纶分子链只有两端含有羟基，再无其他亲水基团，使得涤纶回潮率仅0.4%，涤纶织物的亲水性、染色性、透气性以及抗静电性均较差，影响服用等性能。
目前，涤纶的亲水化改性方法主要分为表面形态结构的改性、表面接枝法、复合整理法等。表面形态结构的改性分为异形截面法、辐射氧化、氧化剂氧化法、表面水解法和酶处理等；表面接枝法分为化学引发接枝和物理引发接枝。现有技术中，采用紫外接枝二氧化钛（TiO2） 对涤纶亲水改性存在如下技术缺陷：涉及高能量输入，成本较高，且改性效果具有时效性（一段时间后就会恢复疏水性）。
复合整理法分为复合纺丝和亲水整理剂涂覆。根据目前研究报道，对涤纶涂覆改性研究已经试验的亲水整理剂较多，常用的有环氧类和聚酯-聚醚多嵌段型、纳晶纤维素、丝素和壳聚糖等。然而现有的亲水整理剂或者合成步骤较繁琐；或者需要采用加热等方式以使亲水整理剂与涤纶织物间形成共熔、共结晶的结构；或者需要对涤纶织物进行较为繁琐的预处理，才能将亲水整理剂成功附着在涤纶织物表面，但对涤纶织物进行较为繁琐的预处理，会一定程度上损害涤纶织物的力学性能或手感。
发明内容
技术问题：
提供一种室温条件下的，成本较低的，温和且高效的涤纶织物涂覆改性的方法。
技术方案：
本发明的第一目的在于提供一种涤纶织物涂覆改性的方法，包括如下步骤：将经精炼处理的涤纶织物浸渍在TiO2/ PEG复配分散液中，在pH为中性、室温条件下进行二浸二轧，洗涤，干燥，得到亲水改性涤纶织物。
作为本发明的一种实施方式，所述TiO2/ PEG复配分散液包括TiO2纳米颗粒、PEG和水。
作为本发明的一种实施方式，所述TiO2/ PEG复配分散液中PEG的分子量为200~6000。优选地，所述TiO2/ PEG复配分散液中PEG的分子量为200~600。进一步优选地，所述TiO2/ PEG复配分散液中PEG的分子量为200。
作为本发明的一种实施方式，所述TiO2/ PEG复配分散液中PEG的浓度为1~5 g/L。优选地，所述TiO2/ PEG复配分散液中PEG的浓度为1 g/L。
作为本发明的一种实施方式，所述TiO2/ PEG复配分散液中TiO2纳米颗粒的浓度为1~5 g/L。优选地，所述TiO2/ PEG复配分散液中TiO2纳米颗粒的浓度为1 g/L。
作为本发明的一种实施方式，所述TiO2/ PEG复配分散液由TiO2纳米颗粒、PEG和水混合、超声分散得到。
作为本发明的一种实施方式，超声分散：在25~32 ℃，功率为50-55 Hz的条件下超声分散15~30 min。优选地，超声分散：在25~32 ℃，功率为53 Hz的条件下超声分散30 min。
作为本发明的一种实施方式，二浸二轧：每次浸渍时间为10 min，轧余率为90%。
作为本发明的一种实施方式，洗涤：水洗2次。
作为本发明的一种实施方式，干燥：在60 ℃下烘干。
作为本发明的一种实施方式，所述经精炼处理的涤纶织物的制备方法具体是：将涤纶织物置于皂片、碳酸钠的溶液中进行退浆煮炼，清洗、干燥、恒温恒湿箱平衡，得到经精炼处理的涤纶织物。
作为本发明的一种实施方式，退浆煮炼：皂片的浓度为4~6 g/L，碳酸钠的浓度为3~5 g/L。优选地，退浆煮炼：皂片浓度为5 g/L，碳酸钠的浓度为4 g/L。
作为本发明的一种实施方式，退浆煮炼：95~100 ℃处理25~35 min，浴比为1:20~40。优选地，退浆煮炼：98 ℃处理30 min，浴比1:30。
作为本发明的一种实施方式，在所述经精炼处理的涤纶织物的制备方法中，清洗是采用水清洗，干燥是在80 ℃烘箱中烘干；恒温恒湿的条件是21±1 ℃，65±2%，平衡时间不少于24 h。
本发明的第二目的在于提供前述的方法制备得到的亲水改性涤纶织物。
本发明的第三目的在于提供前述的亲水改性涤纶织物在纺织领域应用。
本发明的第四目的在于提供一种纺织品，用前述的亲水改性涤纶织物制备得到。
有益效果：
（1）本发明利用了TiO2中的Ti-O键极性较大，表面吸附的水因极化发生解离，容易形成羟基和粘附力强的特性，以及PEG本身含有较多羟基和粘接性优异的特性，通过将两者涂覆在涤纶织物表面，以使涤纶织物表面附着上大量的羟基，尤其是PEG（分子式为HO(CH2CH2O)nH）中重复单元中的氧分子之间的距离跟液态水中的氧原子距离相当，可以使PEG分子链与水分子之间形成氢键，基于涤纶织物表面的大量羟基易于与水相互作用形成氢键，使得涤纶在保证自身优势性能不受影响的前提下达到优异的亲水改性效果。同时，基于TiO2和PEG的优良粘接性能，使得仅通过简单的涂覆作用即可达到较为牢固的附着效果，相较于现有的其他亲水整理剂，本发明不需要辅助加热手段，也不需要对涤纶织物进行繁琐的预处理，大大简化了亲水改性的工艺步骤，节能节水，降低了改性成本。
（2）本发明采用的TiO2和PEG，性质较为温和，亲水改性步骤无需使用刺激性化学药品，室温条件下即可进行，不涉及高温高压条件，且反应时间较短，工艺简单，便于操作，亲水改性效果较明显，改性方式较温和，对纤维的强度几乎没有任何影响，不损害织物的手感以及力学性能，产生的废水易于回收利用。
（3）本发明提供了一种室温条件下的，成本较低的，温和且高效的涤纶织物涂覆改性的方法。基于本发明的特定方法，在对PEG分子量和PEG200的浓度的优化后，对TiO2/PEG200复配分散液处理后涤纶织物的水接触角显著降低，证明亲水性改善显著：在60 s内的水接触角由改性前的106.2°降至改性后的17.0°，降幅达到82.9%；断裂强力以及断裂伸长率相较于精炼处理的涤纶织物有所提升：断裂强力在400 N以上，断裂伸长率在31%以上，物理机械性能和其他碱处理的方法性能相当甚至更优，功能层所具有的效果更好；亲水改性的持久度和稳定性高：制得的亲水改性涤纶织物在室温下存放30天后，60 s水接触角为31.4°；经过10次水洗、烘干后，60 s水接触角为38.3°。证明经TiO2/ PEG200改性后的涤纶织物的涂覆牢度较好，具有优异的耐水洗性能。相较于经TiO2紫外接枝改性涤纶织物一段时间后即恢复疏水性（水接触角平均值为90°以上），本发明经TiO2/ PEG200改性后的涤纶织物在亲水改性效果的稳定性、时效性方面优势明显。
附图说明
图1为实施例1中TiO2/ PEG200复配分散液处理前后的涤纶织物的扫描电镜图，其中（a）为TiO2/ PEG200复配分散液处理前的涤纶织物（精炼）；（b）TiO2/ PEG200复配分散液处理后的涤纶织物。
图2为实施例1中TiO2/ PEG200复配分散液处理前后的涤纶织物的ATR-FTIR光谱图，其中，TiO2/ PEG200复配分散液处理前的涤纶织物（精炼）被标记为未经改性涤纶，TiO2/PEG200复配分散液处理后的涤纶织物被标记为TiO2 / PEG改性的涤纶。
图3为实施例1中TiO2/ PEG200复配分散液处理前后的涤纶织物的XRD图。
图4为实施例1中TiO2/ PEG200复配分散液处理前后的涤纶织物的水接触角对比；其中（a）为TiO2/ PEG200复配分散液处理前的涤纶织物（精炼）；（b）TiO2/ PEG200复配分散液处理后的涤纶织物。
图5为未精炼、实施例1中TiO2/ PEG200复配分散液处理前后的涤纶织物（精炼、TiO2 / PEG改性）的力学性能图；其中（A）为断裂强力；（B）为断裂伸长率。
具体实施方式
以下结合本发明的实施例对本发明的技术方案进行解释说明。
实施例和对照例采用的织物原料为：100%涤纶长丝平纹织物，经纬纱线均为2.22tex，经纬密度分别为880/680根/（10 cm），面密度为56 g/m2。
测试方法：
1.织物的水接触角测试方法：
将待测涤纶织物放入恒温恒湿箱（21±1 ℃，65±2%）中平衡至少24 h，采用DSA25接触角测量仪进行测试。用剪刀裁剪待测涤纶织物的5个不同位置进行取样，用双面胶粘在载玻片上，在距离布面10 mm处滴下水滴（10μL），通过仪器显示观察接触角并拍照留存，结果取平均值。
2.表面微观形态观察：
将待测涤纶织物表面镀金后，使用SU 510型扫面电子显微镜观察待测涤纶织物纤维表面相貌的变化，电镜的加速电压Wie5.0kV，放大倍数为500倍。
3.涤纶织物表层化学结构表征：
采用Nicolet is 10型傅里叶红外光谱仪对待测涤纶织物表面进行全反射红外光谱测试，扫描范围为4000cm-1~500cm-1，扫描次数为32次。
4.涤纶织物的结晶度表征：
采用D2 PHASER型X射线衍射仪对待测涤纶织物表面进行X射线测试，扫面角度为5-50°。
5.涤纶织物的服用力学性能表征：
采用HD026NS-200型多功能电子织物强力仪对待测涤纶织物进行拉伸断裂测试，测试隔距为50 mm，拉伸速度为100 mm/min。
实施例1
一种基于二氧化钛、聚乙二醇200复配对涤纶织物涂覆改性的方法，包括以下步骤：
（1）涤纶织物的精炼处理
按照浴比1:30将涤纶织物置于5 g/L皂片、4 g/L碳酸钠的溶液中，在98 ℃下退浆煮炼30 min；然后用水清洗，80 ℃烘干，最后将涤纶织物置于恒温恒湿箱（21±1 ℃，65±2%）中平衡至少24 h，得到经精炼处理的涤纶织物；
（2）改性处理
将经精炼处理的涤纶织物裁成方形，每片重0.54 g；将其浸渍在TiO2/ PEG200复配分散液中，在pH为中性、室温条件下进行二浸二轧（每次浸渍时间为10 min，轧余率为90%），洗涤（水洗2次），干燥（在60 ℃下烘干），得到亲水改性涤纶织物。其中TiO2/ PEG200复配分散液由TiO2纳米颗粒、PEG200（分子量为200）和去离子水混合、超声分散得到，PEG200的浓度为1 g/L，TiO2纳米颗粒的浓度为1 g/L。
图1为实施例1中TiO2/ PEG200复配分散液处理前后的涤纶织物的扫描电镜图，其中（a）为TiO2/ PEG200复配分散液处理前的涤纶织物；（b）TiO2/ PEG200复配分散液处理后的涤纶织物。可见，（a）中TiO2/ PEG200复配分散液处理前的涤纶织物表面十分光滑；而（b）中TiO2/ PEG200复配分散液处理后的涤纶织物表面附着有纳米颗粒，这是由于PEG200、TiO2纳米颗粒能够作为粘结剂，连接TiO2纳米颗粒和涤纶织物，使二者间形成紧密贴合结构。
图2为实施例1中TiO2/ PEG200复配分散液处理前后的涤纶织物的ATR-FTIR光谱图。从图2可以看出，TiO2/ PEG200复配分散液处理前后，涤纶织物的ATR-FTIR光谱图整体未见显著变化，也没有新峰产生；证明本发明的改性方法只改性涤纶织物表面，并不对改变涤纶织物内部结构，也不会对涤纶织物的力学性能产生影响。其中，在1320~1210 cm-1处的吸收峰源自酯键中的C-O键的伸缩振动；1750~1710 cm-1处吸收的峰与酯键中C=O的伸缩振动有关；观察发现经TiO2/ PEG200复配分散液处理的涤纶织物整个红外的C=O、C-O、C-H等基团特征峰的强度都有所增强，证明TiO2/ PEG200复配分散液处理后，因PEG200和TiO2附着在涤纶织物表面，增加了酯键中的C=O、C-O、C-H等基团。
图3为实施例1中TiO2/ PEG200复配分散液处理前后的涤纶织物的XRD图。由图3可以看出，经TiO2/ PEG200复配分散液处理后，涤纶织物的结晶度较处理前显著提升，未改性的涤纶织物的主要衍射峰为2θ=17.4°，22.4°，25.2°，改性的涤纶织物的主要衍射峰为2θ=16.1°，17.4°，22.4°，25.2°；借助MDI Jade 6.0软件计算出改性前涤纶织物的结晶度为51.02% ，经TiO2/ PEG200复配分散液处理后的涤纶织物的结晶度为62.41%，增加了11.39%。
图4为实施例1中TiO2/ PEG200复配分散液处理前后的涤纶织物的水接触角对比；其中（a）为TiO2/ PEG200复配分散液处理前的涤纶织物；（b）TiO2/ PEG200复配分散液处理后的涤纶织物。从图4可以看出，TiO2/ PEG200复配分散液处理后水接触角显著降低，证明亲水性改善显著：在60 s内的水接触角由改性前的106.2°降至改性后的17.0°，降幅达到82.9%，同时也成功实现了将疏水性的涤纶织物转变为亲水涤纶织物的技术效果。
图5为实施例1中TiO2/ PEG200复配分散液处理前后的涤纶织物的断裂强力以及断裂伸长率的对比。从图5可以看出，TiO2/ PEG200复配分散液处理后的织物的断裂强力相较于未精炼的涤纶织物有所降低，但仍高于精炼之后的涤纶织物，仍能保持400 N以上的断裂强力；TiO2/ PEG200复配分散液处理后的织物的断裂伸长率相较于未精炼的涤纶织物有所降低，但高于精炼之后的涤纶织物，仍能保持31%以上的断裂伸长率，物理机械性能和其他碱处理的方法性能相当甚至更优，功能层所具有的效果更好。
实施例2不同PEG的分子量对亲水改性效果的影响
调整实施例1的步骤（2）中PEG的分子量为300、600、1000、1500、2000、4000和6000，其他和实施例1保持一致。
将实施例1~2制得的亲水改性涤纶织物进行60 s水接触角测试，测试结果如下：
表1 实施例1~2的60 s水接触角测试结果
从表1可以看出，随着PEG分子量的增加，制得的亲水改性涤纶织物的60 s水接触角呈现先增加后有所降低的趋势，在PEG分子量为200时，60 s水接触角最低（17.0°）。因此PEG分子量优选为200。
实施例3不同PEG200的浓度对亲水改性效果的影响
调整实施例1的步骤（2）中PEG200的浓度为0.25g/L、0.5g/L、0.75g/L、2g/L、3g/L、4g/L、5g/L，其他和实施例1保持一致。
将实施例1和3制得的亲水改性涤纶织物进行60 s水接触角测试，测试结果如下：
表2 实施例1和3的60 s水接触角测试结果
从表2 可以看出，随着PEG200的浓度增加，60 s水接触角总体呈现先增加后降低再增加的趋势，在PEG200的浓度为1 g/L的时候达到最小值。
实施例4亲水改性效果的稳定性测试（长时间存放）
将实施例1制得的亲水改性涤纶织物在室温下存放30天后，进行60 s水接触角测试。
表3实施例1和实施例4制得的亲水改性涤纶织物60 s水接触角测试结果
从表3可以看出，经TiO2/ PEG200改性后的涤纶织物（实施例1制得的亲水改性涤纶织物）在室温下存放30天后60 s水接触角平均值为31.4°。虽然相较新制备的亲水改性涤纶织物水接触角有所升高，但是其亲水效果仍维持较优水平；相较于经TiO2紫外接枝改性涤纶织物一段时间后即恢复疏水性（水接触角平均值为90°以上），本发明经TiO2/ PEG200改性后的涤纶织物在亲水改性效果的稳定性、时效性方面优势明显。
实施例5 亲水改性效果的稳定性测试（多次水洗）
将实施例1制得的亲水改性涤纶织物反复水洗、烘干10次后，进行60 s水接触角测试。
表4实施例1和实施例5制得的亲水改性涤纶织物60 s水接触角测试结果
从表4可以看出，经TiO2/ PEG200改性后的涤纶织物（实施例1制得的亲水改性涤纶织物）经水洗烘干10次后60 s水接触角平均值为38.3°。虽然相较新制备的亲水改性涤纶织物水接触角有所升高，但是其亲水效果仍维持较优水平。证明经TiO2/ PEG200改性后的涤纶织物的涂覆牢度较好，具有优异的耐水洗性能。
对照例1
调整实施例1的步骤（2）中的TiO2/ PEG200复配分散液，省略PEG200的添加，即为TiO2纳米颗粒分散液，TiO2纳米颗粒的浓度仍为1 g/L，其他和实施例1保持一致。对照例2
调整实施例1的步骤（2）中的TiO2/ PEG200复配分散液，省略TiO2的添加，即为PEG200水溶液，PEG200的浓度仍为1 g/L，其他和实施例1保持一致。
对照例3
一种基于二氧化钛和聚乙二醇200对涤纶织物涂覆改性的方法（两步法），包括以下步骤：
（1）同实施例1的步骤（1）；
（2）改性处理：
将经精炼处理的涤纶织物裁成方形，每片重0.54 g；先将其放入pH为中性的PEG200水溶液中二浸二轧（每次浸渍时间为10 min，轧余率为90%），然后再放入pH为中性的TiO2纳米颗粒分散液中二浸二扎（每次浸渍时间为10 min，轧余率为90%），洗涤，干燥，得到亲水改性涤纶织物。其中PEG200水溶液由PEG200（分子量为200）和去离子水混合、超声分散得到，PEG200的浓度为1 g/L；TiO2纳米颗粒分散液由TiO2纳米颗粒和去离子水混合、超声分散得到，TiO2纳米颗粒的浓度为1 g/L。
将实施例1和对照例1、2、3制得的亲水改性涤纶织物进行60 s水接触角测试，测试结果如下：
表5实施例1和对照例1、2、3制得的亲水改性涤纶织物60 s水接触角测试结果
从表5可以看出：
单独的TiO2和单独PEG200也能对涤纶虽也能起到一定的亲水改性作用，但是将TiO2和PEG200复配后60 s水接触角可进一步降至17.0°，证明TiO2和PEG200能够协同提高对涤纶的亲水改性效果。
对比实施例1和对照例3发现，先经PEG200改性后，再经TiO2改性得到的涤纶织物的60 s水接触角为51.5°，远高于实施例1的一步法TiO2/ PEG200复配分散液的17.0°，证明TiO2和PEG200的改性处理顺序对于最终的亲水改性效果会产生预料不到的影响，其中采用一步法TiO2/ PEG200复配分散液改性处理的涤纶织物的亲水改性效果较优。
Claims (7)
1.一种涤纶织物涂覆改性的方法，其特征在于，包括如下步骤：将经精炼处理的涤纶织物浸渍在TiO2/PEG复配分散液中，在pH为中性、室温条件下进行二浸二轧，洗涤，干燥，得到亲水改性涤纶织物；所述TiO2/PEG复配分散液中PEG的分子量为200；所述TiO2/PEG复配分散液中PEG的浓度为1g/L；所述TiO2/PEG复配分散液中TiO2的浓度为1～5g/L。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述TiO2/PEG复配分散液由TiO2、PEG和水混合、超声分散得到。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，超声分散：在25～32℃，功率为50-55Hz的条件下超声分散15～30min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，二浸二轧：每次浸渍时间为10min，轧余率为90％。
5.权利要求1～4任一项所述的方法制备得到的亲水改性涤纶织物。
6.权利要求5所述的亲水改性涤纶织物在纺织领域的应用。
7.一种纺织品，其特征在于，是采用权利要求5所述的亲水改性涤纶织物制备得到。
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