無氟酯化修飾法對滌綸織物的超疏水整理

張艷波

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無氟酯化修飾法對滌綸織物的超疏水整理

張艷波

（武漢紡織大學 化學與化工學院，湖北 武漢 430200）

根據荷葉效應的機理，使用簡單的化學刻蝕法，以氫氧化鈉溶液作為刻蝕劑，在滌綸織物表面上構筑出具有微/納米級雙尺寸粗糙度的表面，以低表面能有機物十八烷酸乙醇溶液進行酯化修飾。重點研究刻蝕動力學條件如刻蝕濃度、刻蝕溫度、刻蝕時間等因素對纖維表面粗糙度、減量率、強力的影響規律。依據“較為理想的粗糙面、酯化修飾較為理想的接觸角、較好的自清潔性能、不損失力學性能”原則，優化了刻蝕劑濃度、溫度和時間三個影響因素。通過對滌綸樣的功能整理，制備了超疏水滌綸織物樣，且通過一定次數的水洗，仍然具有良好的疏水性。

刻蝕法；低表面能；酯化修飾；超疏水滌綸織物

滌綸是非常重要的紡織原料，自滌綸問世以來，就得到了快速的發展，無論從全球纖維產量來看，還是從我國纖維產量來看，滌綸都是非常重要的紡織原料[1]。滌綸織物由于具有強度高、耐磨性好、尺寸穩定、抗皺性優良、不易霉變、蟲蛀等優良性能已成為主要的服裝面料[2]。滌綸纖維以其特有的物理機械性能和化學性能不但廣泛應用于服用紡織品，而且廣泛應用于非服用紡織品領域[3]。因為雨天、垂釣、野外活動、水上作業、帳篷、倉庫或堆場的遮蓋物等，則需要紡織品具有良好的疏水性和一定的自清潔性能。目前拒水劑進行疏水處理有不少的弊端，其他處理方法和技術也不成熟，急需探究新的方法、新思路對滌綸織物、或滌綸混紡織物進行疏水功能整理[4-7]。

本試驗根據根據荷葉效應的機理[8-9]，使用簡單的化學刻蝕法，以氫氧化鈉溶液作為刻蝕劑，在滌綸織物表面上構筑出一定粗糙度的表面[10]，以低表面能有機物十八烷酸乙醇溶液進行酯化修飾。

1 實驗藥品及儀器

1.1 實驗藥品

本實驗所用藥品見表1。

表1 實驗藥品

1.2 實驗儀器

實驗儀器見表2。

表2 實驗儀器

2 制備工藝流程及性能測試

2.1 制備工藝流程

滌綸纖維(PET)成分是聚對苯二甲酸乙二醇酯大分子組成 ，刻蝕時酯鍵水解，產生羥基端和羧基端，理論上刻蝕為酯化提供了羥基端。在確定好的刻蝕條件下刻蝕后，在滌綸織物表面上構筑出較為合適的粗糙表面后，再以低表面能有機物十八烷酸丙酮溶液進行酯化修飾。采用先刻蝕，后酯化修飾工藝，流程圖如圖1所示。

圖1 酯化修飾法工藝流程圖

2.2 性能測試

強力測試：使用萬能強力機，對規格式樣20*5cm滌綸布樣進行五經五緯向拉伸強力測試，并取其平均值。

接觸角測試：水量5μL，當水滴與織物接觸后90s后讀數。在同一布樣的不同位置測量5次，取平均值。

耐水洗性能測試：按照AATCC測試方法61-2003《洗滌不褪色，家用和商用：加速》的方法進行測定；

疏水效果：參照國標GB/T5554-1997 《表面活性劑 織物助劑防水劑防水力測定法 標準法》標準執行；

淋水效果：按照國標GB/T4745-1997《紡織織物 表面抗濕測定沾水試驗》描述的標準執行。

3 實驗結果與分析

3.1 化學刻蝕劑濃度對滌綸織物失重率及力學性能的影響

對滌綸布樣進行化學刻蝕后，隨著布樣的重量損失，其強力與伸長會有所降低。對于織物的最終用途來說無論是穿著還是工業用布其強力都要達到一定的要求。一般來說，其強力越高越好。為了得到布樣失重率與強力損失的關系，本試驗化學刻蝕時間為：25min，化學刻蝕浴比為1:60，刻蝕溫度為：75℃（玻璃化溫度Tg范圍為67-81℃，因此選擇此溫度。化學刻蝕濃度對滌綸織物失重率及力學性能的影響如表3。

表3 滌綸織物失重率及力學性能的影響

圖2 刻蝕時間對滌綸織物失重率的影響

由表3可知，失重率隨刻蝕濃度增大而增加，失重率越大強力損失也越大，大致情況是失重率每增加1%，斷裂強力損失增加2%，同時斷裂伸長也隨著失重率的增加而減少，也可以說是滌綸布樣的彈性和韌性隨失重率增加而減弱。刻蝕濃度為20-40 g/L時，失重率、強力損失，斷裂伸長等影響率不大，即不影響滌綸織物使用。因此選擇刻蝕濃度為30g/L。

3.2 刻蝕時間對滌綸織物失重率的影響

在浴比1:60，處理溫度為75℃。氫氧化鈉用量30g/L的條件下，化學刻蝕時間對滌綸布樣失重率的影響如圖2所示。

由圖2可見：隨著刻蝕時間的延長，織物的失重率也隨之增加，但失重率變化逐漸緩慢。0至50min處理時間段，失重速率均勻且不高、失重率平穩提高，所以該處理時間區間可以做為最終選擇刻蝕時間段，選定刻蝕時間為25min。

3.3 化學刻蝕滌綸樣在不同酯化修飾劑濃度下的測試及結果分析

化學刻蝕滌綸樣酯化修飾處理是本試驗的重要研究內容之一。化學刻蝕樣在不同酯化修飾劑濃度下的測試結果如圖3、圖4。

由圖3、圖4可以判斷：酯化修飾質量濃度大概在2.5%-3%，洗滌前后的增重率達到飽和，其中洗滌后增重率達到飽和的酯化修飾劑濃度為2.5%，因此選擇酯化修飾劑濃度為2.5%。經過相似的實驗和測試分析，選定了較為合適的酯化修飾時間為45min。

圖3 不同酯化修飾劑濃度下滌綸樣增重率情況

圖4 不同酯化修飾劑濃度下滌綸樣接觸角變化情況

3.4 在已定處理條件下的滌綸處理樣各項性能測試分析

根據前面的結果與討論，較為理想的滌綸樣處理條件為：化學刻蝕浴比為1:60、刻蝕溫度已經定為75℃、刻蝕時間定為了25min、刻蝕濃度定為30g/L、酯化修飾浴比為1:60、酯化修飾濃度2.5%、酯化修飾溫度為60℃、酯化修飾時間45min、催化劑濃硫酸用量0.5ml，目前的研究是在常壓下進行酯化修飾。

圖5 滌綸處理樣增重率隨洗滌次數的變化情況

注：洗滌次數為“0”表示洗滌前。

圖6 滌綸處理樣接觸角隨洗滌次數的變化情況

注：洗滌次數為“0”表示洗滌前。

3.4.1 滌綸處理樣洗滌前及不同洗滌次數后的增重率和接觸角情況

對于處理樣的穩定性問題，對滌綸處理樣不同洗滌次數后的增重率和接觸角情況進行了測試分析，測試結果見圖5、圖6。

根據圖5可以判斷：滌綸處理樣增重率隨洗滌次數的增多而減少，洗滌次數相對較少時，增重率減少更明顯，洗滌10次以后增重率減少情況基本上達到穩定。根據圖6可以判斷：滌綸處理樣接觸角隨洗滌次數的增多而減小，洗滌次數相對較少時，接觸角減小更明顯，洗滌15次以后接觸角減小情況基本上達到穩定，均超過120°，結合圖5增重率數據可以分析出的原因就是：有穩定量的十八酸通過化學鍵結合到滌綸樣上了，而使處理樣較為穩定的疏水性。

圖7 酯化修飾處理滌綸樣經洗滌后的接觸角情況

對經化學刻蝕酯化修飾后的滌綸處理樣進行與水的接觸角測試，測試結果如圖7。（注：其中圖片(a)除外，僅作為對照觀察）。在圖7中，(a)為僅經過化學刻蝕處理并烘干后在1秒鐘內，測得的接觸角值，由圖看出水滴基本上被滌綸布樣吸收完畢，表現出很強的親水性；(b)酯化修飾完畢而未經洗滌后測得的接觸角值，取的是求平均值時五次值中較大一個值；(c)、(d)、(e)、(f)分別為經過5次、10次、15次、20次洗滌后測得的其中各自相對應的求平均值時五次值中的某一個值。

表4 織物疏水等級描述

由圖7可判斷：酯化修飾法可制備超疏水滌綸織物，經過多次洗滌仍具有穩定而良好的疏水性，接觸角能達到120°以上。

3.4.2 滌綸處理樣在不同洗滌次數條件下的淋水測試情況

根據表4的疏水等級分類，滌綸處理樣在不同洗滌次數條件下的淋水測試情況見表5。

表5 所產物超疏水滌綸織物耐水洗等級表

根據表4、5，可以判斷：（1）酯化修飾后的C組樣，在少于等于5次的洗滌條件下，疏水等級達到最高級別5級；（2）酯化修飾后的C組樣，經過20次的洗滌，疏水等級仍可以達到4級；（3）雖然10次、15次、20次洗滌后，滌綸處理C組樣仍可以達到4級，但從表面上觀察，有細微的減弱。

4 結論

（1）酯化修飾后未經水洗的滌綸樣平均接觸角達到151°，達到超疏水的效果；經10次以下的洗滌接近超疏水狀態；經過10次以上洗滌，即使相當于皂洗液20次洗滌處理樣的接觸角也能達到123°，滌綸樣有較好的疏水效果，且能達到穩定狀態；

（2）經過一整套工藝流程的滌綸處理樣：實際質量基本不變，強力損失大約在5%左右，機械性能影響較小，不影響使用。

[1] 何良震，季莉，邵改芹．滌綸及其混紡織物染整加工(第一版)[M]．北京：中國紡織出版社，2009．1．61．

[2] 劉文超．滌綸織物表面處理對拒水性能的影響[D]．江門：五邑大學，2005．

[3] 顧浩，俞春林．滌綸織物親水整理工藝探討[J]．針織工業，2001，(5)：58-60．

[4] 高琴文．紡織品無氟溶膠-凝膠法拒水整理[D]．上海：東華大學，2009.

[5] 楊棟樑．紡織品疏水化技術的進展[J]．印染，2011，(24)：46.

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[7] 彭洪陽，徐麗慧，趙亞萍，等．納米SiO2/含氟聚合物復合乳液在滌綸織物上的拒水性能研究[J]．印染助劑，2011，28(6)：35-38．

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[9] 張梅，孟軍鋒，等．低表面能圖層在飛機除冰領域的研究應用[J]．現代涂料與涂裝，2010，13(9)，11-12．

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Method of Super Hydrophobic Finishing of Polyester Fabric without Fluoride Esterification Modified

ZHANG Yan-bo

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430200, China)

In this work, the superhydrophobic PET fabrics were fabricated via a simple chemical etching method based on the lotus-leaf effect after modification of low-surface-energy stearic acid. As for the chemical etching process, the sodium hydroxide aqueous solution was acted as the etchant and a lot of micro-/nanoscale roughness was constructed on the surface of the PET fabrics. The effects of etching kinetics including the concentration of etchants, etching temperature and etching time on the surface roughness, weight loss and mechanical properties were specially studied. To obtain a relatively ideal surface roughness, a large contact angle after esterification modificationexhibiting a relatively good anti-washing and anti-abrasion ability. Note that the obtained superhydrophobic PET fabrics after a simulation experiment. they still have a good anti-washing，affter washing more times.

Etching; Low surface energyt; Esterification; Superhydrophobic PET Fabrics

張艷波（1983-），男，實驗師，碩士，研究方向：功能紡織品

TS195.57

A

2095－414X(2014)06－0019－05