涤纶织物的丝素/纳米银改性及其性能研究

2019-06-19王建坤桑彩霞

纺织科学与工程学报 2019年4期

王建坤，桑彩霞

(天津工业大学纺织科学与工程学院，天津300160)

0 前言

涤纶纤维及其织物具有许多优良性能，如断裂强度和弹性模量高，回弹性适中，热定形性好，耐热和耐光性好，抗有机溶剂、氧化剂以及耐腐蚀性好，对弱酸、碱等稳定[1-2]等。由于以上种种优点，涤纶纤维及其织物在纺织及其他领域具有广泛的应用[2-3]。但是涤纶分子结构对称结晶度较高且没有高极性基团，因此亲水性较差[4]，这就在很大程度上限制了它的舒适性、可染性等。为了使涤纶的应用更广泛，近年来人们开始研究涤纶的表面改性方法。表面改性是指在不改变材料及其制品本体性能的前提下赋予其表面新的性能如亲水性、抗静电性、染色性、耐老化性、生物相容性等[5-6]。对涤纶的表面改性主要有低温等离子体处理法、紫外光引发接枝法、湿法化学法、离子束照射法、光化学法等改性方法[7-9]。目前对涤纶进行碱减量仿真丝处理工艺已经比较完善，仿真丝处理后的涤纶有丝绸般的手感，但纤维表面被腐蚀出现凹槽，比较粗糙[10-12]。

本文对氢氧化钠溶液(碱减量)处理后的涤纶织物进行丝素/纳米银改性研究，旨在改善碱减量涤纶织物的耐磨、透气与表面光洁等性能。而蚕丝本身具有质地轻柔、手感滑爽等优点，且银离子具有抗菌性，制成丝素/纳米银溶液处理织物后，可以使涤纶织物不仅具有蚕丝般爽滑的外表，还使其能够具有抗菌效果。在经过碱减量处理后，涤纶表面出现极性大分子，这就更加有利于丝素纳米银离子附着在织物表面。由于篇幅有限，对织物抗菌性能的讨论将在后续进行。

1 实验方法

1.1 实验材料与试剂

1.1.1 实验材料

本实验所用到的实验材料为涤纶织物。

1.1.2 实验试剂

表1 实验试剂

硝酸银天津市风船化学试剂科技有限公司

1.2 实验仪器与生产厂家

表2 实验仪器与生产厂家

1.3 实验方案

1.3.1 涤纶碱减量处理

将涤纶织物分别剪裁成半径15cm、30cm 的圆和两块36cm×6cm 的矩形(一块为经向，另一块为纬向)，共剪裁出九组。并将其浸泡在提前配置好的浓度为20g/L、温度为60℃的NaOH 溶液中处理40min，处理完成先后用清水和蒸馏水冲洗，再放入烘箱中烘干以备用。

1.3.2 丝素溶液的制备

(1)蚕丝脱胶

取一定量的蚕茧在0.5%的Na2CO3溶液中脱胶3 次，此时温度设定为100℃，每次脱胶进行30min，每次脱胶完成后用热水冲洗，再进行下一次脱胶。进行三次脱胶后，然后放入温度设定为50℃的烘箱烘干[13]。

(2)丝素溶解

将烘干后的丝素剪碎，配置CaCl2∶C2H5OH ∶H2O＝1 ∶2 ∶8(摩尔比)的混合溶液，按照浴比倒入三口烧瓶中，在恒温75℃下，多次少量加入剪碎的丝素，搅拌溶解，溶解2h，然后过滤除去其中的不溶物，得到丝素粗溶液。

(3)丝素粗溶液透析

利用截留分子量10000 以上的透析袋透析，将丝素粗溶液倒入透析袋，达到三分之一处即可，用透析袋夹将透析袋夹住，确定溶液不会从透析袋中渗出。将透析袋放入容器中，先用自来水透析48h，再用蒸馏水透析6h，每2h 换一次水。如图1为丝素溶液制备流程图。

图1 丝素溶液制备流程图

1.3.3 纳米银溶液的制备

用一定量25%氨水和0.05mol/L 的硝酸银溶液配制银氨溶液。

(1)准备烧杯：在烧杯中倒入少量的NaOH 溶液稍微振荡，然后加热煮沸。把NaOH 溶液倒去后，再用蒸馏水洗净以备用。

(2)配置溶液：在洗净烧杯中，按照试验方案中浴比配置一定量的AgNO3溶液，然后用胶头滴管逐滴加入氨水，边滴边用玻璃棒搅拌，直到刚刚生成的沉淀恰好溶解为止[14-15]。

1.3.4 丝素纳米银溶液的制备

按照正交实验中复合比及浴比配置丝素与银氨溶液的混合溶液，将其放在80℃恒温水浴箱内，搅拌30min，得到丝素/纳米银溶液，把前面碱减量处理过的九组涤纶织物分别浸泡在按照正交实验配置的丝素/纳米银溶液中，在60℃恒温下浸泡30min，再用清水洗涤织物，将洗净的织物在室温下自然晾干，得到丝素/纳米银织物。

本实验共有九组实验组，三个变量因素：因素A 为丝素浓度，采用0.6g/L、0.8g/L、1g/L；因素B为丝素溶液与银氨溶液放入混合体积比，采用3 ∶7、5 ∶5、7 ∶3；因素C 为浴比，采用1 ∶40、1 ∶50、1 ∶60；D1～D9分别表示每次实验所得到的实验结果。

表3 因素水平表

1.4 改性织物的性能测试方法

采用HD002C 型扫描电子显微镜，观测处理前后涤纶织物的表面形态；采用YG065 型电子单纤强力仪，测试涤纶试样的力学性能；采用YG502 型织物起毛起球仪，测试织物处理前后的起毛起球性能；采用YG811L 型织物动态悬垂性风格仪测定织物悬垂性能；采用YG461L 型数字式透气量仪测定织物透气性能。

2 结果与讨论

2.1 正交实验结果分析

根据表3 因素水平表，设计出正交试验表，并分别测试了改性涤纶织物断裂强力、悬垂系数、和透气性能，结果如表4 所示。

表4 正交实验表

正交实验数据的分析方法：

先把各个因素各个水平的实验数据进行相加，得出K 值。其次，再计算出各因素的极差值。极差越大的则因素重要程度越高。再利用多水平正交试验中的综合平衡原则对实验数据进行分析，得出最优实验方案。

Ki：表示任一列上水平号为i 时(i ＝1，2，3)，所对应的试验结果之和。

ki：ki＝Ki/s，其中s 为任一列上各水平出现的次数

R(极差)：在任一列上R ＝max{K1，K2，K3}-min{K1，K2，K3}，或R ＝max{k1，k2，k3}-min{k1，k2，k3}

最优方案的确定

①最优方案：在所做的试验范围内，各因素较优的水平组合；

②若指标越大越好，应选取使指标大的水平；

③若指标越小越好，应选取使指标小的水平；

④还应考虑：降低消耗、提高效率等。

表5 正交试验分析结果

根据综合平衡原则分析，改性涤纶织物的最佳处理工艺为A2、B3、C2，即丝素浓度0.8g/L、丝素银氨混合体积比7 ∶3、浴比1 ∶50 时，织物的悬垂性能为41.7%，提高了51.9% 左右；透气性率为429.3mm/s，提高了6 倍左右。虽然织物断裂强力有所下降，但变化不明显。

2.2 织物表观形态及其性能分析与对比

2.2.1 表观形态

对涤纶织物分别在40 倍和200 倍放大倍数下观察，但在40 倍状态下观察织物表面变化不明显。如图3 所示b0 ～b9 分别为未处理涤纶织物和九组实验织物200 倍放大下的表面形态，纤维表面出现细小凹痕，纤维表面变得稍微粗糙一些，因为涤纶织物在经过碱液处理后表面基团发生化学反应，纤维被水解，故整理后的织物强力稍有下降，织物变柔软，悬垂性能变好。

图3 200 倍放大倍数下织物的表观形态

2.2.2 织物抗起毛起球性能分析对比

改性涤纶织物起毛起球评级如表6 所示，在摩擦次数较少，例如125 次时，改性前后的织物均表现为优良的摩擦性能，评级是5 级；随着摩擦次数的增加，改性织物的抗起毛起球性能明显改善，如摩擦次数为500 次时，九组改性织物中有五组评级为5 级，而未处理织物只有4 级；摩擦次数为2000时，改性涤纶织物的评级均为4 级，而未处理织物只有3 级。整体来说丝素纳米银面料的抗起毛起球性明显改善，主要是丝素的缘故。