几种整理剂对涤纶织物吸湿排汗性能的影响

魏 春 艳, 崔 永 珠, 吴 峥, 刘 学 涛

( 大连工业大学 纺织与材料工程学院, 辽宁 大连 116034 )

0 引 言

服用织物正向经济性、舒适性和功能性发展,吸湿排汗性是衣着用织物舒适性的一项重要影响因素。因为吸湿排汗性好的织物可调节贴身衣物与皮肤表面间的水分及湿度,减轻衣物和皮肤接触时的压力以及冷湿感,使皮肤舒适。

纤维的吸湿排汗性能取决于其化学组成和物理结构形态。吸湿性主要与纤维大分子的化学组成有关,排汗性(毛细效应的导湿和织物放湿——表面扩散和蒸发)则与纤维的物理结构形态有关[1-2]。由于化学纤维的疏水性,其织物吸湿性小、透气性差,汗渍不能及时有效地排出,影响织物穿着的舒适性。所以提高化学纤维织物的吸湿排汗性是近几年重点研究的课题。提高化纤织物的吸湿排汗性有三种途径:一是改变纤维截面结构,利用纤维表面微细沟槽所产生的毛细现象使汗水经芯吸、传输、扩散、挥发,如美国杜邦、韩国和日本帝人、日本的旭化成和富士纺织等公司以及中国台湾的一些化纤厂商开发了多种异形的吸湿排汗化学纤维新品[3-4]；二是通过聚合或共聚在大分子的基本结构中引进大量亲水性基团；三是疏水的合成纤维表面亲水处理,即在纤维表面附加亲水性整理剂。这些方法均可以提高织物的穿着舒适性。本文要讨论的是生产工艺最简单的亲水整理,即采用不同整理剂对涤纶织物进行整理,并对整理效果进行对比。

1 试 验

1.1 原料药品与仪器

材料:涤纶织物(18 tex),采购于大连机车商厦。

药品:吸湿排汗整理剂TF-620和NH-D20,由广东佛山南海南晖实业有限公司提供；吸湿速干整理剂HMW8871,由香港赫特国际集团有限公司提供；Ultraphil PA 吸湿排汗整理剂和KMnO4,市售。

主要仪器:SD-400立式小轧车,J&X鹤山市宏发染整机械公司；PL2002分析天平,精度0.001 g,上海恒刚衡器仪器有限公司；LCK-800型纺织品毛细效应测试仪,山东纺织研究院测控设备开发中心；702-3型电热恒温烘箱,大连实验设备厂；织物表面比电阻测试仪M260360,兰州中西仪器有限公司；水浴锅；滴定管及装置。

1.2 方案设计与测试方法

采用TF-620、HMW8871、Uhtraphil PA、NH-D20 4种吸湿排汗整理剂,在不同整理剂用量、不同整理温度和不同烘焙时间条件下,对涤纶织物进行整理,测试整理后织物与未整理织物的吸湿排汗性能并对比,得出4种整理剂中提高涤纶织物吸湿排汗性的最佳整理剂以及整理最佳工艺。

1.2.1 实验方案与工艺流程

4种整理液均采用“一浸一轧整理,烘干,高温烘焙拉幅”的工艺。

(1)浸渍:将织物在温度为80 ℃的一定浓度的整理液中充分浸泡一定时间后,取出并稍微拧干。

(2)轧干:将浸泡过的织物用轧干机进行轧压,轧干标准为:织物含湿(即带液率)70%～80%。

(3)烘干:将轧干后的织物在80 ℃温度下的烘箱中烘燥2 min。

(4)烘焙:将烘干后的织物在不同的温度和时间条件下烘焙并定型。

1.2.2 测试条件与方法

1.2.2.1 测试条件

(1)试验在温度为(20±2) ℃、相对湿度为(65±2)%的标准大气条件下进行。将试样在该环境下放置24 h后进行试验。

(2)芯吸高度测量容器中的水温为(20±2) ℃。

1.2.2.2 吸湿性测试

织物的吸湿性可由吸水速度和吸水率来表示。吸水速度的测试方法有滴水法、吸升法和沉降法。本试验采用吸升法(毛细效应)测其吸水的上升距离。吸湿性测试采用日本JIS 1907-02标准Byreck检测法。从织物的纵向和横向分别选取5个大小均为30 cm×2.5 cm的试样,并将其垂直倒挂浸入到KMnO4溶液中,10 min后,测量液体沿各织物上升的高度,取平均值[5]。

1.2.2.3 排汗性测试

织物的排汗性可用透湿性或快干性衡量。本实验用快干性来表示,采用中国台湾纺拓会标准TTF0007《吸湿速干纺织服饰品》的测试方法。将8.5 cm×8.5 cm试样匝紧于直径为6 cm培养皿口,放置在温度(20±1) ℃、相对湿度(65±2)%的环境下平衡24 h,然后放在电子天平上。将水从距试样表面1 cm处的滴定管口滴下0.05 mL 至试样表面。测试12 min后其水分蒸发率[6]。

1.2.2.4 抗静电测试

根据标准GB/T 22042—2008使用织物表面比电阻测试仪M260360,在环境相对湿度(25±5)%,温度(23±1) ℃条件下来测定织物的表面电阻。每种布样裁5块,放在绝缘底盘上,将电极装置放在试样上,测出的电阻值求平均值。

1.2.2.5 耐洗性测试

参照JIS 0217-103《家用电气洗涤方法》标准测试。将含有2 g/L洗衣粉的洗液和测试织物放入洗衣机中(浴比1∶30,水温40 ℃)洗涤5 min后脱水,再用冷水洗涤2 min,脱水烘干,多次洗涤时重复上述过程[7]。

2 结果与讨论

选择整理剂用量A(g/L)、烘焙温度B(℃)、烘焙时间C(min)三项整理参数作为因素(见表1),利用L16(43)正交试验表对涤纶织物进行整理,并进行吸湿、快干、抗静电性及水洗耐久性测试,采用极差分析法找出影响织物吸湿排汗的主要因素,以及整理最佳工艺。

表1 整理工艺L16(43)正交试验表

2.1 经吸湿排汗整理剂TF-620整理织物的测定

用整理剂TF-620按工艺对涤纶织物进行整理,经吸湿快干测试,结果见表2。

表2 经整理剂TF-620整理后涤纶织物的吸湿速干性能

Tab.2 Polyester fabrics′ property of moisture absorbency and sweat transport after finished by TF-620

毛细高度/cm水分蒸发率/%ABCABC01.710.1K18.211.211.390.596.997.0K210.911.211.397.697.097.0K312.811.311.498.997.197.1K413.711.511.499.797.497.2R5.50.30.19.20.50.2

从表2可以看出,经吸湿排汗整理剂TF-620整理后,涤纶织物的毛细高度从1.7 cm提高到13.7 cm；水分蒸发率从10.1%提高到99.7%,说明经TF-620整理后的涤纶织物大大提高了吸湿排汗性。TF-620能很好提高涤纶织物吸湿排汗性是因为其分子链一端是疏水芳环链段,另一端是亲水聚醚键,其疏水芳环链与涤纶分子结构非常相似,在高温状态下,TF-620的疏水链段与受热伸展涤纶的芳环相容,温度降低后,涤纶的芳环收缩使TF-620与织物链接更紧密。整理后TF-620的亲水聚醚键在纤维外,实现吸湿作用,大大提高了涤纶织物的吸湿排汗效果。

表2中R值显示,A>B>C,影响织物吸湿排汗性最大因素是整理剂的用量,其次是烘焙温度,烘焙时间影响极小。表2中K值显示,随着整理剂TF-620的用量的增加和烘焙温度的提高,涤纶织物的吸湿排汗性能提高。涤纶织物的毛细高度和水分蒸发率均达到最大值时,TF-620用量为60 g/L,烘焙温度为200 ℃,烘焙时间2 min,但因烘焙时间影响极小,考虑到整理效率,烘焙时间定为0.5 min即可。

所以最佳工艺确定为:TF-620用量为60 g/L,烘焙温度为200 ℃,烘焙时间为0.5 min。

2.2 经吸湿排汗整理剂HMW8871整理织物的测定

用整理剂HMW8871按工艺对涤纶织物进行整理,经吸湿快干测试,结果见表3。

表3 经整理剂HMW8871整理后涤纶织物的吸湿速干性能

Tab.3 Polyester fabrics′ property of moisture absorbency and sweat transport after finished by HMW8871

毛细高度/cm水分蒸发率/%ABCABC01.710.1K17.47.67.773.178.478.5K27.87.97.775.978.678.5K37.98.07.979.678.778.6K48.58.17.985.078.878.7R1.10.50.17.50.40.2

从表3可以看出,经吸湿排汗整理剂HMW8871整理后,涤纶织物的毛细高度从1.7 cm 提高到8.5 cm；水分蒸发率从10.1%提高到85%,说明涤纶织物吸湿排汗效果较好。这是因为有机硅三元共聚物HMW8871含有环氧基团和聚醚基团。而聚醚基团为亲水基团,能提高涤纶织物的亲水性。

表3中R值显示,A>B>C, 说明影响织物吸湿排汗性的最大因素是整理剂用量,其次是烘焙温度,焙烘时间影响极小。

表3中K值显示,随着整理剂HMW8871用量的增加,涤棉织物的吸湿排汗性能提高。经HMW8871整理后,涤纶织物的毛细高度和水分蒸发率达到最大值时,HMW8871用量超过60 g/L,烘焙温度为200 ℃,焙烘时间为2 min,但因烘焙时间影响极小,考虑到整理效率,焙烘时间定为0.5 min即可。

最佳工艺确定为:HMW8871用量为60 g/L,焙烘温度为200 ℃,焙烘时间为0.5 min。

2.3 经Uhtraphil PA 吸湿排汗整理剂整理织物的测定

用整理剂Uhtraphil PA按工艺对涤纶织物进行整理,经吸湿快干测试,结果见表4。

表4 经整理剂Uhtraphil PA整理后涤纶织物的吸湿速干性能

Tab.4 Polyester fabrics′ property of moisture absorbency and sweat transport after finished by Uhtraphil PA

毛细高度/cm水分蒸发率/%ABCABC01.710.1K17.57.87.980.585.185.2K27.98.07.983.585.385.2K38.08.08.086.985.285.3K48.58.18.089.985.485.3R1.00.30.19.40.30.1

从表4可以看出,经Uhtraphil PA吸湿排汗整理剂整理后,涤纶织物样品的毛细高度从1.7 cm 上升到8.5 cm；水分蒸发率从10.1%上升到89.9%,涤纶织物的吸湿速干效果较好。这是因为Uhtraphil PA吸湿排汗整理剂是以甲基丙烯酸为主组分的聚合物,甲基丙烯酸是较强的亲水基团,从而提高了涤纶织物的吸湿速干效果。表4中R值显示,A>B>C,说明影响织物吸湿排汗性最大的因素是整理剂的用量,其次是烘焙温度,烘焙时间影响极小。表4中K值显示,随着Uhtraphil PA吸湿排汗整理剂的用量的增加和烘焙温度的提高,涤纶织物的吸湿排汗性能提高。经Uhtraphil PA整理后,涤纶织物的毛细高度和水分蒸发率均达到最大值时,整理剂用量为60 g/L,烘焙温度为200 ℃,焙烘时间2 min,但因烘焙时间影响极小,考虑到整理效率,烘焙时间定为0.5 min即可。

所以最佳工艺确定为:Uhtraphil PA用量为60 g/L,焙烘温度为200 ℃,烘焙时间为0.5 min。

2.4 经吸湿排汗整理剂 NH-D20整理织物的测定

用整理剂 NH-D20按工艺对涤纶织物进行整理,经吸湿快干测试,结果见表5。

表5 经吸湿排汗整理剂 NH-D20整理后涤纶织物的吸湿速干性能

Tab.5 Polyester fabrics′ property of moisture absorbency and sweat transport after finished by NH-D20

毛细高度/cm水分蒸发率/%ABCABC01.710.1K17.38.28.380.484.584.6K28.28.48.383.684.684.7K38.88.48.485.984.884.8K49.08.68.490.984.984.8R1.70.40.18.50.40.2

从表5可以看出,经吸湿排汗整理剂 NH-D20整理后,涤纶织物样品的毛细高度从1.7 cm提高为9.0 cm；水分蒸发率从10.1%提高为90.9%,涤纶织物的吸湿速干性能有较大程度的提升。这是因为吸湿排汗整理剂 NH-D20是以酰胺基为主组分的聚合物,酰胺基有较好吸湿性。

表5中R值显示,A>B>C,说明影响织物吸湿排汗性的最大因素是整理剂的用量,其次是烘焙温度,而烘焙时间影响极小。

表5中K值显示,随着NH-D20用量的增加和烘焙温度的升高,涤纶织物的毛细高度和水分蒸发率均提高。经NH-D20整理涤纶织物的毛细高度和水分蒸发率均达到最大值时,整理剂用量为60 g/L,烘焙温度为200 ℃,烘焙时间2 min,但因烘焙时间影响极小,考虑到整理效率,烘焙时间定为0.5 min即可。

所以最佳工艺确定为:NH-D20用量为60 g/L,烘焙温度为200 ℃,烘焙时间为0.5 min。

2.5 抗静电测试结果

试验测得,未经吸湿排汗整理剂整理的涤纶织物的表面电阻为1.08×1013Ω,分别经过TF-620、HMW8871、Uhtraphil PA、NH-D20吸湿排汗整理后,涤纶织物的表面电阻分别降为1.31×107、2.97×107、3.16×107、2.02×107Ω,降低幅度很大。这是因为随着织物吸湿性的增加,织物内的纤维周围形成连续的水膜,为电荷提供转移介质,促进离子向相反的电极移动,降低其本身的电阻率,使静电累积减少。

2.6 耐久性能测试结果

试验选用TF-620、HMW8871、Uhtraphil PA、NH-D20 4种吸湿排汗整理剂的整理参数均为60 g/L,用不同温度处理涤纶织物0.5 min,测试其吸湿速干性能的耐久性,见表6～9。

表6 温度对TF-620耐久性的影响

Tab.6 The influence of temperature on the durability of TF-620

θ/℃毛细高度/cm水分蒸发率/%0次水洗10次水洗0次水洗10次水洗17010.49.395.293.118011.710.697.396.219012.612.199.198.620013.713.399.999.8

表7 温度对HMW8871耐久性的影响

Tab.7 The influence of temperature on the durability of HMW8871

θ/℃毛细高度/cm水分蒸发率/%0次水洗10次水洗0次水洗10次水洗1708.97.882.783.11809.48.584.385.419010.39.988.687.520011.411.289.489.2

表8 温度对Ultraphil PA耐久性的影响

Tab.8 The influence of temperature on the durability of Ultraphil PA

θ/℃毛细高度/cm水分蒸发率/%0次水洗10次水洗0次水洗10次水洗1708.87.685.184.11809.18.387.686.519010.610.189.188.720011.611.389.889.6

表9 温度对NH-D20耐久性的影响

Tab.9 The influence of temperature on the durability of NH-D20

θ/℃毛细高度/cm水分蒸发率/%0次水洗10次水洗0次水洗10次水洗1708.77.982.581.71809.59.085.184.519010.510.187.687.220011.811.688.388.1

由表6～9可见,烘焙温度越高,织物的吸湿排汗效果越明显。整理过的涤纶织物洗涤10次后,其吸湿排汗效果比未洗涤的织物略有降低,但随着烘焙温度的提高,降低幅度逐渐减小。说明烘焙温度越高,其洗涤耐久性能越好。这是因为随着温度升高,整理剂可以与织物更好地结合,使其更牢固地吸附在纤维表面上,提高织物的吸湿排汗性能和整理剂的洗涤耐久性。

3 结 论

(1)几种吸湿速干整理剂对涤纶织物吸湿速干整理效果:以水分散性聚酯为主组分的TF-620最佳,以酰胺基为主组分的NH-D20次佳,以甲基丙烯酸为主组分的Uhtraphil PA整理效果略低于NH-D20,以有机硅三元共聚物为主成分的HMW8871整理效果略低于Uhtraphil PA。

在整理剂用量为60 g/L,焙烘温度2000C,焙烘时间0.5 min的条件下整理后,TF-620对涤纶织物整理后,毛细高度由1.7 cm上升到13.7 cm,水分蒸发率由10.3%上升到99.7%；NH-D20对涤纶织物整理后,毛细高度从1.7 cm上升到9.0 cm；水分蒸发率从10.3%上升到90.9%；Uhtraphil PA对涤纶织物整理后,毛细高度从1.7 cm上升到8.5 cm；水分蒸发率从10.3% 上升到89.9%；HMW8871对涤纶织物整理后,毛细高度从1.7 cm提高到8.5 cm；水分蒸发率从10.3%提高到85.0%,涤纶织物吸湿排汗效果均有较大提高。

(2)经4种整理剂分别整理后的涤纶织物表面电阻均由1013Ω下降到107Ω,显著地改善了涤纶织物的吸水性、速干性、抗静电性。10次水洗后吸湿排汗性能没有变化。

(3)采用吸湿排汗整理剂TF-620整理涤纶织物是最佳整理剂。最佳整理工艺为:整理剂用量为60 g/L,焙烘温度为200 ℃,焙烘时间为0.5 min。

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