涤纶织物的亲水改性及性能研究

涤纶织物的亲水改性及性能研究

丝绸是世界上最大、应用最广泛的成套材料。目前，世界上同量纤维产量已占总排放量的60%以上。用于服装材料、床单、各种装饰材料、国防和军工具体等纺织材料和其他工业纤维材料，如过滤材料、绝缘材料、车轮窗、传送带等。涤纶对伸长、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,耐磨性好等优点应用低温等离子体处理涤纶织物,能使纤维表面产生活性自由基,形成亲水中心,提高织物的吸湿性能本文以聚乙二醇为接枝聚合单体,研究了不同分子质量、不同浓度聚乙二醇1000、不同氩等离子体处理条件对提高涤纶织物亲水性能的影响,通过静电探针测定等离子体处理时的电子密度和电子温度,分析等离子体作用机制,采用液态水分管理系统(MMT)测试改性织物的润湿性能,探讨了聚乙二醇对涤纶改性的反应机制,并对亲水改性效果的耐久性进行了测定。1实验部分1.1聚聚乙二醇纯涤纶斜纹织物,密度为216.5根/10cm×134根/10cm,线密度为83.3dtex×166.7dtex,面密度为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(天津市瑞金特化学品有限公司),氩气(≥99.99%)(北京诚为信气体销售中心)。1.2仪器、试药和检测方法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;MMT液态水分管理系统,SDLATLASLtd;静电探针自动测量仪,中国科学技术大学;JSM-6360SEM扫描电子显微镜,日本电子;OC20ContactAnglesystem,德国Dataphysicc公司;SOT2-24常压染色振荡器,东成染色机械厂有限公司;JA5003电子天平,上海天平仪器厂,Whirpool标准洗衣机和Whirpool标准烘干机,美国Whirpool公司。1.3等离子体处理条件涤纶织物→振荡浸渍单体(质量分数为2%~30%,25℃,1h,浴比为1∶30)→晾干→等离子体处理→水洗2次(皂粉2g/L,95℃,5min,浴比为1∶30)→熨平→平衡24h(温度为(20±1)℃、湿度为(65±2)%)→测试。等离子体处理条件为:功率20~300W;时间0.5~5min;压强10~80Pa。1.4织物表面润湿性评价1)电子密度(N2)润湿性能测试。采用液态水分管理系统(MMT),参照AATCCTestMethod79—1979,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。本文仅选用织物上表面的润湿时间和液态水分扩散速率来评价织物表面润湿性。评定等级分为5级,1级最差,5级最优。3)耐久性测定。参照GB/T8629—2001《试验用家庭洗涤和干燥程序》,程序采用4A:洗涤总负荷为(2±0.1)kg,标准皂粉用量为(66±1)g,洗涤温度为(50±3)℃,洗涤时间为15min,经清洗、脱水、烘干,为1次洗涤。2结果与讨论2.1聚乙二醇的用量聚乙二醇是一种理想的亲水性表面活性剂,它有类似海藻的链结构,具有水溶性、柔顺性等特性,对水则有较低界面能,可以很好地增加材料表面的亲水性。表1、2分别示出不同聚乙二醇单体及聚乙二醇1000质量分数对织物润湿性能影响。从表1中数据可知,涤纶织物经过不同分子质量的聚乙二醇(质量分数为30%)处理后,织物的亲水性能差异很大,但均比未处理的织物有了很大的提高。由于聚乙二醇分子质量的不同使配制的溶液黏度不同,导致分子间空间位阻不同,在等离子体作用下与涤纶的反应活性也不一样,改性后织物的亲水性能产生差异,当相对分子质量为1000时,处理后的涤纶织物的润湿性能最好,润湿时间达到4.5级,扩散速率达到5级,因此选择聚乙二醇1000作为研究对象。由表2的数据可以看出,随着聚乙二醇1000质量分数的提高,处理后涤纶织物的润湿时间不断下降,织物表面的扩散速率则基本上维持在6mm/s左右。当聚乙二醇1000质量分数达到5%时,润湿时间达到4.5级,织物表面的扩散速率达到5级,可见等离子体处理引发改性后涤纶织物的润湿性达到较好的效果,继续增加质量分数,润湿时间和扩散速率不再继续发生明显的变化,因此聚乙二醇1000预处理的质量分数为5%较适宜。2.2织物润湿时间等离子体处理功率对织物润湿性能的影响结果见表3。可以看出,随着等离子体处理功率的增加,电子密度随之提高,即高能粒子数增加,电子温度则随之下降。处理后涤纶织物的润湿时间不断减少。吸附在涤纶纤维表面的聚乙二醇在等离子体产生的高能粒子的碰撞下,生成自由基,这些自由基与涤纶大分子在等离子体作用下产生的—CH当处理功率为50W时,织物的润湿时间为3.5s,织物表面水分的扩散速率为6.5mm/s,继续增大功率,润湿时间减少的空间很小,扩散速率也基本保持不变,因此聚乙二醇1000接枝改性处理时,低温等离子体处理功率选择50W。2.3高能粒子数对接枝反应的影响等离子体处理时间对织物润湿性的影响见表4。数据表明,延长等离子体处理时间有利于涤纶织物润湿性能的提高。随着处理时间的延长,虽然电子密度和电子温度没有显著变化,但由于累计参与引发接枝聚合反应的高能粒子数增加,接枝反应随时间增加而增加。由电镜照片(见图3)可知:处理0.5min后纤维表面出现微量的接枝反应产物,随着处理时间的延长纤维表面的接枝反应产物明显增多;当处理时间达到3min后继续延长等离子体处理时间,纤维表面的生成物不再继续增多,此时织物的润湿时间和扩散速率基本保持不变,润湿性能也不再随处理时间的延长而继续改善。由图4可看到未改性前织物表面接触角为127.7°,经等离子体处理3min后,接枝反应引入了亲水性基团,织物表面接触角为0°,因此,等离子体处理时间应为3min。2.4织物润湿时间等离子体处理压强对织物润湿程度的影响见表5。由表中数据可知,等离子体处理时压强增加,电子密度增加,处理后织物的润湿时间缩短,亲水性提高。由于接枝聚合反应取决于等离子体放电时高能粒子的数量,因此等离子体的电子密度增加,有利于接枝反应进行,处理后织物的润湿时间随之减小,当压强达到30Pa以后,电子密度增加不再显著,涤纶织物的润湿时间达到2.9s(5级),不再随压强的增大显著降低,因此压强选择30Pa为宜。2.5润湿时间及扩散速率将涤纶织物经质量分数为5%的聚乙二醇1000预处理,然后经氩等离子体处理(50W,3min,30Pa),测定织物洗涤1、5、10次后的润湿时间和扩散速率,结果见表6。数据表明,亲水改性后织物经5次洗涤后仍保持良好的亲水效果,这是接枝反应的结果,但10次洗涤后略有下降。3等离子体处理能力1)氩等离子体引发聚乙二醇接枝反应能显著提高涤纶织物的吸湿性能,相对而言聚乙二醇1000效果最好,质量分数为5%较适宜。2)影响氩等离子体引发