涤/棉混纺织物的阳离子纳米球改性及染色

李纪蓁，房宽峻,2，陈为超，张 昆，蔡玉青

(1. 青岛大学纺织服装学院，山东青岛 266071；2. 天津工业大学纺织学院，天津 300387)



涤/棉混纺织物的阳离子纳米球改性及染色

李纪蓁1，房宽峻1,2，陈为超1，张 昆1，蔡玉青1

(1. 青岛大学纺织服装学院，山东青岛 266071；2. 天津工业大学纺织学院，天津 300387)

研究了纳米球用量、纳米球分散液pH以及改性温度等对改性后涤棉混纺织物染色的影响，并观察了纳米球在两种纤维表面的分布情况。结果表明，纳米球浓度为2g/L，改性时分散液为中性，温度为70℃时，纤维表面的纳米球吸附量较多，染色织物的表观色深值最大。通过扫描电镜的观察可以得出阳离子纳米球聚合物P(St-BA-VBT)能够分别在涤纶纤维和棉纤维表面均匀的吸附。

涤棉混纺织物 改性 阳离子纳米球 染色

目前，涤棉混纺织物的应用已经相当广泛，主要是涤棉织物既有涤纶的风格又有棉的优点。在干、湿情况下涤棉混纺织物的弹性和耐磨性都较好，尺寸稳定，缩水率小，具有挺拔、不易折皱、易洗、快干的特点[1-4]。但是，涤棉混纺织物传统的染色方法一般采用两种不同的染料进行染色，例如分散/活性染料或者分散/直接染料等。这种染色方法工艺复杂，消耗时间长、能源和水资源消耗较多，造成了严重的环境问题。所以急需开发新的染色技术来减少资源的消耗和环境的污染。

为了解决以上的问题，采用一种阳离子纳米球分散液对涤棉混纺织物进行改性。此纳米球一方面有着聚合物纳米球所具备的特殊表面效应、体积效应，量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等特点，同时其表面带正电荷的特性，对带负电的粒子具有较强的吸附作用[5-7]。改性的涤棉混纺织物中的涤纶纤维和棉纤维表面均带正电荷。因此用阳离子纳米球改性的涤棉混纺织物可以用一种染料进行染色，这就大大减少了染色工序，节省了能源水资源。

本实验主要利用阳离子共聚物纳米球对涤棉混纺织物进行改性，然后用酸性橙Ⅱ对改性的织物进行染色，通过染色结果来分析纳米球用量、纳米球乳液pH以及改性温度等条件对织物改性的影响。此外，用测得的扫描电镜照片来分析纳米球分别在涤纶纤维和棉纤维表面的分布情况。

1 实验

1.1 材料与设备

织物：涤棉混纺织物的混纺比T/C为50/50，经纬纱密度138×82(山东愉悦家纺有限公司)。

试剂：苯乙烯(St)(分析纯，天津市瑞金特化学品有限公司)；丙烯酸丁酯(BA)(分析纯，天津市巴斯夫化工有限公司)；对-乙烯基苄基三甲基氯化铵(VBT)(分析纯，天津希恩思生化科技有限公司)；偶氮二异丁腈脒盐酸盐(AIBA)(分析纯，青岛柯信新材料科技有限公司)；氢氧化钠(试剂级)；十六烷基三甲基氯化铵(分析纯，上海埃彼化学试剂有限公司)；酸性橙Ⅱ(试剂级，天津希恩思生化科技有限公司)。

仪器：76-1型玻璃恒温水浴锅(上海昌吉地质仪器有限公司)，AO-01型立式二辊轧车(天津华谱合力科技有限公司)，美国爱色丽测色配色仪。

1.2 阳离子纳米球的制备

在配有搅拌器、冷凝管、氮气通入装置的250mL的四口烧瓶中加入90mL蒸馏水，调节搅拌速率为300r/min，往四口烧瓶中加入2.0mmol的VBT溶液，搅拌15min后加入St、BA混合单体10g(St为9.2g，BA为0.8g)，通入氮气15min后，将体系的温度自室温升至80℃，在5min内加入5mL 20g/L的AIBA溶液，开始计时，80℃ 恒温反应3h，反应结束后冷却出料[8]。

图1 聚合反应式

1.3 涤棉混纺织物的碱预处理

取一定量的涤棉混纺织物在15g/L的氢氧化钠溶液中浸渍处理，加入1g/L的CTAC，浴比1:50，在恒温震荡水浴锅中从30℃开始，以1℃/min的速度升温至90℃，保温20min，自然降温至30℃取出，用去离子水清洗4到5次，然后100℃烘干备用。

1.4 阳离子纳米球对涤棉混纺织物的改性

用去离子水配制对织物重一定比例的阳离子聚合物纳米球分散液，调节纳米球乳液pH，取25mL纳米球分散液于平底容器中，然后取碱减量处理后的涤棉混纺织物在30℃二浸二轧纳米球分散液中，轧余率为62%-65%，60℃烘干。

1.5 染色

取25mL一定浓度的酸性橙Ⅱ染液于平底容器中，将改性后的织物分别二浸二轧已配制好的染液，轧余率为62%-67%，60℃烘干，用去离子水清洗3到4次，60℃烘干。

1.6 K/S值的测定

将染色后的样品烘干至恒重，然后用美国爱色丽测色配色仪，测定染色织物的R值，然后根据以下公式计算得到K/S值。

1.7 扫描电镜的观察

将处理好的涤棉混纺织物的布样低温烘干至恒重，然后将布样剪成小块，用导电胶固定在金属台上，在真空中喷金于样品表面，然后用日本电子公司产品JSM-6700F型场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察纤维表面，并拍摄照片。

2 结果与讨论

2.1 阳离子纳米球用量

图1为涤棉混纺织物的K/S值随阳离子纳米球浓度的变化曲线。由图1的变化曲线可以得出，未用纳米球改性时，涤棉混纺织物的K/S值较小。当阳离子纳米球浓度从0.5g/L增加到2g/L时，织物的K/S值逐渐增大，且增加幅度较大。但是继续增加纳米球用量到4g/L的过程中，涤棉混纺织物的K/S值增大幅度较小。这是因为当纳米球浓度逐渐增大时，越来越多的带正电荷的纳米球依靠静电引力作用吸附到纤维表面，使纤维表面被阳离子纳米球改性为正电荷的表面，从而能够吸附更多的带磺酸基负离子的染料上染。但是，纤维表面的负电荷数量有限，所以纳米球在纤维表面的吸附达到最大值后，由于受到电荷斥力的影响，纳米球在纤维表面的吸附量不再随纳米球浓度的增大而增大。

图1 涤棉混纺织物的K/S值随阳离子纳米球浓度的变化曲线

2.2 纳米球分散液pH

图2为阳离子纳米球分散液pH对改性后涤棉混纺织物吸附性的影响。从数据可以得出，随着pH从3增大到6-7时，溶液从酸性条件变为中性条件，织物在纳米球改性后对染料吸附后的K/S值先增大到最大，这说明阳离子纳米球在近中性条件下吸附量较多，织物的吸附性最好，得色量也最多。但是，当pH继续增大到9时，纳米球分散液碱性增强，织物的K/S逐渐减小，说明阳离子纳米球在碱性条件下对织物的吸附量较少，这是由于碱性条件下阳离子纳米球表面的电荷平衡容易被破坏，造成纳米球稳定性下降，容易发生聚集。所以阳离子纳米球分散液在中性条件下对涤棉混纺织物的改性效果较好。

图2 纳米球分散液的pH对涤棉混纺织物K/S的影响

2.3 改性温度

图3为阳离子纳米球改性温度对织物改性的影响。由图3中的K/S变化曲线可得，改性时，随着纳米球分散液温度升高到70℃左右时，涤棉混纺织物的K/S值逐渐增大到最大，然后继续升高改性温度至100℃过程中，K/S值不再发生明显变化。这说明随着温度升高到70℃时，阳离子纳米球在涤棉混纺织物的表面吸附量也最大，所以染料在纤维表面的吸附量最多，所以改性温度应选择在70℃左右。

图3 阳离子纳米球改性温度对涤棉混纺织物K/S值的影响

2.4 扫描电镜

图4 为阳离子纳米球改性后涤棉混纺织物中涤纶纤维和棉纤维的扫描电镜照片。从图(a1)中可以看出，涤纶纤维表面较光滑，且吸附的纳米球较均匀；从图(a2)中可以看出，棉纤维表面较粗糙有许多凹槽，吸附的纳米球虽然较多，但是分布较聚集。这种分布状态与纤维表面的结构、纤维的分子结构以及纤维表面自身的电荷分布有较大的关系。纳米球在两种纤维表面的均匀吸附使得两种纤维的表面均带正电荷，有利于涤棉混纺织物亲水性及吸附性能的改善，从而使涤棉混纺织物能够用一种染料进行染色。

a1-涤纶纤维表面纳米球分布，a2-棉纤维表面纳米球分布

图4 改性后涤棉混纺织物中涤纶纤维和棉纤维的扫描电镜照片

3 结论

(1)涤棉混纺织物经过纳米球改性后，阳离子纳米球能够分别在涤纶纤维和棉纤维表面较均匀的吸附且数量较多。

(2)随着阳离子纳米球浓度的增加，涤棉混纺织物的K/S值先逐渐增大，然后达到最大值。纳米球改性时一般在中性条件下改性效果较好，改性温度为70℃左右时纳米球吸附量最多，酸性染料的上染量达到最大。

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2017-02-20

国家自然科学基金项目(51173086)；国家科技支撑计划资助课题(2014BAC13B02、2014BAE01B01)；山东省自主创新成果转化重大专项资助项目(2012ZHZX1A0914)。

李纪蓁(1990-)，女，硕士研究生，研究方向：涤棉混纺织物改性研究。

房宽峻(1963-)，男，博士，教授，博士生导师。

TS193

A

1008-5580(2017)02-0066-04