废旧氨纶丝液掺杂硅溶胶整理棉织物的性能

殷允杰，王潮霞

(生态纺织教育部重点实验室(江南大学)，江苏 无锡 214122)

氨纶是一种弹性纤维，一般不单独用于面料加工，而是少量地掺入与其他纤维混用，这种纤维既具有橡胶的性能又具有纤维的性能。随着氨纶使用量的增加，废旧氨纶丝量也快速增长。另外，氨纶在生产过程中其聚合体不可能100%转化为成品氨纶丝，达不到控制标准的产品会被降为废丝。随着废旧氨纶丝数量的增多，其无害化处理和再应用难题亟待解决［1］。

棉织物透气吸湿性能好，穿着舒服，手感柔软，但由于纤维素纤维本身材质原因极易起皱。其坯布经后续染整处理后，尤其在做成服装经水洗后会出现面料起皱不平，严重影响成品的外观效果。为克服棉织物在穿着过程中易起皱和需要熨烫的缺陷，纺织品抗皱整理已成为极其重要的后整理加工工艺［2－4］。纺织品抗皱整理的方法很多，郑成辉等［5］利用溶胶凝胶法赋予了棉织物防皱效果。

本文利用回收的废旧氨纶丝溶解成氨纶液，并掺杂于碱性硅溶胶分散体系中，制成氨纶液掺杂溶胶。用该溶胶对棉织物整理，经热处理后可在纤维表面形成一层弹性薄膜，提高织物的抗皱性和织物风格。

1 试验部分

1.1 药品与仪器

织物:经过退浆、精练的纯棉府绸织物，经、纬纱线密度均为25 tex，经、纬密为524、283 根/10cm，由红豆集团提供;氨纶废丝由Aquafil USA公司提供。

药品:正硅酸乙酯、乙醇、氨水、N，N-二甲基甲酰胺均为国药集团上海化学试剂公司生产，分析纯。

仪器:KES-FB2型织物风格仪，日本加藤株式会社生产;EHP350型轧车，英国 ROACHES国际有限公司生产;85-2A型恒温磁力加热搅拌器，江苏金坛市荣华仪器制造有限公司生产;YG026型电子织物强力实验机，温州际高检测仪器有限公司生产;YG541D型全自动数字式织物褶皱弹性仪，宁波市江东璟瑞仪器仪表有限公司生产。

1.2 试验方法

1.2.1 氨纶液掺杂硅溶胶的制备

将氨纶废丝洗净烘干，并称取12 g混入88 g N，N-二甲基甲酰胺中，在70℃条件下搅拌4 h，制成氨纶溶解液。将22 g乙醇、25 g去离子水、5 g氨水混合并搅拌均匀，缓慢滴加到28 g正硅酸乙酯和20g乙醇的混合溶液中并不断搅拌，在50℃水浴中反应6 h，常温陈化48 h，制成碱性硅溶胶。将60g的氨纶溶解液滴加到40g的上述碱性硅溶胶中，搅拌均匀制成偏乳白色的稳定氨纶液掺杂硅溶胶。

1.2.2 织物整理

将纯棉府绸织物在氨纶液掺杂硅溶胶中浸轧处理，二浸二轧，轧余率为80%，将处理后的织物在50℃条件下烘干，然后在120℃条件下焙烘4 min(回收尾气，并溶于乙醇，最后以燃烧法彻底去除二甲基甲酰胺(DMF))。焙烘后的织物分别经热水洗(60℃)、冷水洗以去除织物上残余 DMF，最后烘干。

1.2.3 抗皱性能测试

根据GB/T3819—1997《纺织品 织物折痕回复性的测定 回复角法》对整理后织物的抗皱性进行测定。将织物按要求剪取成适宜形状和大小的试样，在YG541D型全自动数字式织物褶皱弹性仪上进行测量，并记录经向和纬向急弹折皱回复角和缓弹折皱回复角。

1.2.4 织物风格测试

采用织物风格评定系统分别测定织物的压缩特性、拉伸特性、剪切特性和弯曲特性，织物尺寸为20cm ×20cm。

1.2.5 拉伸断裂性能测试

根据GB/T3923.1—1997《纺织品 织物拉伸性能 第1部分:断裂强力和断裂伸长率的测定 条样法》对硅溶胶整理后织物的断裂强力进行测定。剪取3份长度为30cm，宽度约为5cm的织物，采用扯边纱法使试样的宽度为5cm，在YG026型电子织物强力实验机上进行测试，拉伸长度预设为20cm，并记录断裂强力和断裂伸长率。

1.2.6 毛细管效应测试

根据FZ/T 01071—2008《纺织品毛细效应试验方法》要求，用YG(B)871型毛细管效应测定仪测试织物的毛细效应来表征织物的润湿性，样品尺寸为25cm×4 cm(经向×纬向)，测定30min后水面上升的最低高度。取3份样品的毛细管效应的平均值。

2 结果与讨论

2.1 折皱回复性能

表1示出织物的折皱回复性能。可看出，空白对照样棉织物经纬向急弹折皱回复角分别为54.6°和47.1°，缓弹折皱回复角分别为65.5°和60.0°。经氨纶液杂化硅溶胶整理棉织物经纬向急弹折皱回复角分别为69.5°和68.2°，分别提高了27.3%和44.8%，缓弹折皱回复角分别为 82.5°和 77.0°，分别提高了26.0%和28.3%。另外，氨纶液整理织物经纬向急弹折皱回复角分别为53.1°和56.9°，缓弹折皱回复角分别为63.5°和71.4°，其抗皱性整体上比空白织物略有提高。棉织物折皱形成与构成棉织物材料的纤维素大分子有关。在纤维受到拉伸时，由于棉纤维素分子上有很多极性羟基，纤维素大分子或基本结构单元取向度提高，或发生相对移动后在新的位置上重新形成新的氢键。当外力去除后，纤维分子间未断裂的氢键以及分子的内旋转有使织物纤维拉回至初始状态的趋势，但因在新的位置上形成的氢键的阻滞作用，使系统不能立即回复，蠕变回复速度较小，导致棉织物出现折皱现象，使得折皱回复角减小。织物经氨纶液杂化硅溶胶整理后，纤维表面会附着1层具有弹性的透明薄膜，当织物受到外力作用后，弹性薄膜具有很强的形状记忆性能，有牵引所附着的棉纤维回复到受力前状态的趋势［6－7］。另外薄膜中的SiO2组分会封闭棉纤维上部分羟基，减小了羟基在新的位置上形成氢键的阻滞作用，使得折皱回复性能进一步提高。

表1 织物的折皱回复性能Tab.1 Wrinkle recovery properties of fabrics(°)

2.2 织物压缩性能

在KES测试体系中，用压缩线性度、压缩比功和压缩回弹性表征织物蓬松性。压缩线性度、压缩比功和压缩回弹性越大，织物的蓬松性越好［8］。表2示出织物的压缩特性。可看出，经氨纶液杂化硅溶胶整理后，棉织物的各项指标提高明显，其中压缩线性度提高了60.9%，压缩比功提高了18.2%，压缩回弹性提高了45.8%，表明改性后的织物蓬松性提高。

表2 织物压缩特性Tab.2 Compressing property of fabrics

棉织物经氨纶液整理后，棉纤维表面会形成一层透明弹性薄膜。在无外界作用力条件下，弹性薄膜不会改变棉织物中各纤维的形状和分布形态，所以织物厚度不会因弹性薄膜的存在而减小。相反，由于弹性薄膜提高了织物纱线上绒毛的弹性，使得当有外物接近时纱线绒毛更有触感和厚实感。

2.3 织物剪切性能

织物在其宏观平面方向受到剪切力或力矩作用时，相互交错的经纬纱线相对滑移，即经纬纱夹角发生变形，形成剪切变形。用剪切刚度和剪切变形滞后矩(0.5°)来表征织物柔软度。织物的剪切刚度越小，柔软度越大;织物在剪切角为0.5°时的剪切变形滞后矩越大，表征织物在剪切变形时能量损失越多，织物越易起皱。表3示出织物的剪切特性。可看出，经氨纶液杂化硅溶胶整理织物的经纬向剪切刚度分别减小了39.5%和33.3%，而相对应的剪切变形滞后矩(0.5°)也分别减小了28.6%和24.5%，说明经整理后织物容易发生剪切形变，织物柔性增加，而且由于氨纶弹性薄膜的存在，织物剪切形变时损失的能量减小，织物不容易起皱。

表3 织物剪切特性Tab.3 Shearing properties of fabrics N/cm

2.4 织物拉伸性能

表4示出织物的拉伸断裂性能。可看出，与未经处理的空白对照织物相比，棉织物的经纬向拉伸断裂强力变化不大，变化率均小于2%。棉织物经硅溶胶整理后其经向断裂伸长率由8.9%增大到9.7%，纬向断裂伸长率由18.3%增大到19.8%，变化也不大。

表4 织物拉伸断裂性能Tab.4 Tensile strength properties of fabrics

这是由于二氧化硅组分的存在，使得纤维间存在一定的抱合力，从而减少了纤维分子链之间的相对滑动趋势，这种趋势削弱了氨纶薄膜对弹性的促进作用，最终导致织物的断裂伸长率变化不大。由于纤维表面的弹性薄膜在织物断裂时仍维持了一定的张力，所以使得织物的拉伸断裂强力和伸长率略微增加。

织物的拉伸断裂性能虽然可以表征织物的断裂强力和断裂伸长率，但这只是宏观量。为了更进一步地表征纤维拉伸时的受力情况，选用了KES测试体系中小应力下的拉伸测试。表5示出织物在小应力下的拉伸线性度、拉伸能量和拉伸回弹性。

拉伸线性度表示织物拉伸的难易程度，数值越小，织物拉伸初始变形越大，表示织物手感越柔软，穿着舒适。从表中可看出，相对于空白对照织物，氨纶液杂化硅溶胶整理织物经纬向的拉伸线性度数值有减小。拉伸能量表征织物的变形抵抗能力，拉伸能量越大表明织物的断裂强力越大［9－10］。从表中可看出，织物拉伸能量均略有提高，说明织物的拉伸性能稍有提高。拉伸回弹性表征织物变形后的回复能力，其值越大，织物的拉伸弹性越好。经整理后，织物的拉伸回弹性变大，表明织物受力拉伸后回弹性增大。织物的拉伸线性度、拉伸能量和拉伸回弹性性能的改善，归因于氨纶液杂化硅溶胶的改性，氨纶薄膜的弹性转移到棉纤维上。

表5 织物小应力拉伸特性Tab.5 Tensile strength properties of fabrics in small stress

2.5 织物弯曲性能

弯曲刚度表征织物的身骨刚柔性，刚度越低，织物越柔软，而弯曲滞后矩反映织物的活络性、弹性，其值越小，表示织物越活络。表6示出织物的弯曲特性。可看出，经整理后，织物的弯曲刚度和弯曲滞后矩均有所降低，其中经氨纶液杂化硅溶胶整理织物的经纬向弯曲刚度分别减少了31.5%和21.7%，弯曲滞后矩分别减少了25.9%和46.3%。弯曲刚度和弯曲滞后矩降低的原因可能是硅溶胶在织物表面形成1层弹性薄膜，该弹性薄膜增强了棉纤维的天然弹性，使织物柔软度和活络感增加。

表6 织物弯曲特性Tab.6 Bending properties of fabrics

2.6 织物耐洗性能

图1示出织物的质量变化率。可看出，经氨纶液整理后织物的增重率为4.5%，而经氨纶液杂化硅溶胶整理后织物的增重率为4.8%。水洗后空白对照织物的失重率为0.1%，经氨纶液整理后织物水洗后的失重率达到了4.3%，而经氨纶液杂化硅溶胶整理水洗后的失重率仅为1.3%。经氨纶液杂化硅溶胶整理后水洗失重率的下降说明整理后织物具有一定的耐洗性。

2.7 织物毛细管效应

织物毛细管效应试验结果表明:30min后，空白对照织物的液体上升高度为7.8 cm，而经氨纶液杂化硅溶胶整理后的上升高度下降到5.4 cm，下降了30.8%。因聚氨酯组分是疏水的，所以织物经氨纶液杂化硅溶胶整理后，其毛细管效应会明显下降。由于棉是极易亲水的，所以虽然毛细管效应下降了一些，但是织物仍具有一定的吸湿性。

图1 织物质量变化率Fig.1 Weight loss of fabrics

2.8 织物的白度

织物白度是评价纺织品泛黄性能的重要指标，织物白度的下降会影响织物颜色的明度和饱和度。未经处理的织物白度是88.3%，而经氨纶液杂化硅溶胶整理后的织物白度下降为84.6%。白度下降是由纤维表面的氨纶薄膜受热引起氨纶链段上的芳香族异氰酸根发生变化，变成带有黄色的物质导致的，但白度值的下降比较小，低于4%，这不影响纺织品的应用和其他服用性能。

3 结论

通过溶胶 凝胶法利用正硅酸乙酯和氨水合成碱性硅溶胶，将废旧氨纶纤维溶解后掺杂到碱性硅溶胶中，制备成氨纶液掺杂硅溶胶。织物经氨纶液掺杂硅溶胶整理改性制备成具有抗皱性和良好织物风格的改性织物。与空白对照棉织物经纬向急弹折皱回复角分别为54.6°和47.1°，缓弹折皱回复角分别为65.5°和60.0°相比，经氨纶液杂化硅溶胶整理棉织物经纬向急弹折皱回复角分别为69.5°和68.2°，缓弹折皱回复角分别为82.5°和77.0°。经氨纶液杂化硅溶胶整理后，棉织物的压缩特性、剪切特性、拉伸特性和弯曲特性均有所改善，而织物耐洗性能增强。经氨纶液掺

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