硅氟聚丙烯酸酯乳液整理亚麻纤维的性能

邹庆川

（重庆财经职业学院，重庆 402160）

近年来，随着生活水平的提高，人们对服装的性能标准和质量要求也随之提高。以亚麻纤维为原料的织物是服饰原料市场的重要组成部分［1］，但其抗皱性和耐磨性较差，需进行后整理以改善织物性能［2-3］。后整理使用的原料包含聚丙烯酸酯和有机氟化物，但聚丙烯酸酯制备的膜耐污和耐水性能均较差［4-5］；有机氟材料疏油、疏水、防污，但是成本高且不耐低温［6-8］。硅基聚合物以玻璃化转变温度低，弹性模量小，化学稳定性、受热稳定性良好［9-11］广受关注。若将硅分子引入氟基聚合物材料中用作织物整理剂，整理织物有望提高防污性、耐久性、手感以及抗皱性能［12-16］。本实验制备了用于整理亚麻织物的硅氟聚合物整理剂（乙烯基三甲氧基硅烷改性氟聚丙烯酸酯），测试了整理后织物的断裂强力、弯曲刚度、摩擦系数、水接触角等指标，分析了硅氟聚丙烯酸酯整理剂对织物性能的影响。

1 实验

1.1 材料与仪器

织物：亚麻织物（吴江市新申织造有限公司）。药品：乙烯基三甲氧基硅烷（分析纯，杭州杰西卡化工有限公司），丙烯酸正丁酯（分析纯，济南普莱华化工有限公司），甲基丙烯酸十二氟庚酯、甲基丙烯酸甲酯（分析纯，上海凯茵化工有限公司），丙烯酸（分析纯，山东信恒化工有限公司），烷基酚聚氧乙烯醚（APEO，化学纯，南通巍尔化工有限公司），高含氟量高支链结构的甲基丙烯酸酯单体（有机氟G04）、乙烯基三甲氧基硅烷（有机硅KH-171）、十二烷基硫酸钠、碳酸氢钠、过硫酸钾（分析纯，南通市谦和化工有限公司）。

仪器：KQ-50B 型超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司），DF-Ⅱ型集热式磁力加热搅拌器（武汉格莱莫检测设备有限公司），SHK-H914 型数字式织物透气率仪（苏州检卓仪器科技有限公司），YG821L型织物风格仪（莱州市电子仪器有限公司），YG026C型电子织物断裂强力仪（常州市中纤检测仪器设备有限公司），SL200KS 型视频接触角测定仪（上海梭伦信息科技有限公司），Nova Nano 450 场发射扫描电子显微镜（美国FEI 公司），TG/DTA-6000 型热重分析仪（日立分析仪器有限公司），Escalab 250Xi型X 射线光电子能谱仪（美国Thermo Fisher 公司），Spectrum one型红外光谱仪（美国珀金埃尔默仪器有限公司）。

1.2 硅氟聚丙烯酸酯乳液的制备

将十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚按质量比1∶1.5 混合配制50 mL 乳化剂溶液待用，将过硫酸钾调制成质量分数1.5%的引发剂10 mL 待用。向乳化剂溶液中加入G04 1.4 g、KH-171 2.1 g、丙烯酸正丁酯5.4 g 和甲基丙烯酸甲酯1.8 g，高速搅拌并超声处理30 min，得均匀的壳层预乳化液。将丙烯酸正丁酯3.6 g、甲基丙烯酸甲酯3.6 g、丙烯酸0.4 g、乳化剂及NaHCO3（缓冲剂）100 mL 置于超声容器中振荡处理30 min，升温至50 ℃并高速搅拌30 min，升温至80 ℃，得核层预乳化液。向核层预乳化液中加入引发剂溶液1.2%（对单体总质量），减缓搅拌速度，反应后得种子乳液；待种子乳液呈蓝光后继续保温30 min，随后再加入引发剂溶液和壳层预乳化液，恒温反应90 min，冷却至室温，用200 目筛网过滤，得硅氟聚丙烯酸酯乳液。

采用上述方法，在不加KH-171 的条件下制备含氟聚丙烯酸酯乳液。

1.3 亚麻织物整理工艺

用去离子水适当稀释硅氟聚丙烯酸酯乳液（含氟聚丙烯酸酯乳液）制备成整理液，然后置于超声波处理器中振荡均匀（30 min），浸轧亚麻织物，焙烘、水洗、烘干待用。

1.4 测试

红外光谱：采用傅里叶红外光谱仪表征。

微观形貌：采用扫描电子显微镜观察。

表面元素：采用X 射线光电子能谱仪分析。

热性能：采用热分析仪测试整理前后织物的分解温度、相变温度等。

接触角：采用视频接触角测定仪测试。

透湿透气性：采用织物透气率仪测试。

断裂强力：采用电子织物断裂强力仪测试。

弯曲刚度：采用织物风格仪测试。

2 结果与讨论

2.1 表征

2.1.1 红外光谱

由图1 可以看出，1 000～1 300 cm-1处整理织物的吸收峰明显变宽，这是由于整理织物中含有氟、硅元素，1 239.76 cm-1处的C—F特征峰、1 057.59 cm-1处的Si—C—O 特征峰与织物中固有的C—O 峰发生重叠。1 703.32 cm-1处整理织物有较大的伸缩振动峰（未整理织物中没有此峰），这是由于整理织物中含有酯基。整理前后的亚麻织物在2 956.70、2 873.90 cm-1处均有吸收峰，且整理织物的吸收峰更大，这主要是C—H（—CH3、—CH2—）的伸缩振动峰。此外，整理织物在743.57、801.54 cm-1处分别出现—CF2CF3和Si—C 的特征峰，说明整理剂中的单体与亚麻织物反应良好，生成目标产物。

图1 整理前(a)后(b)亚麻织物的红外光谱

2.1.2 X 射线光电子能谱

由图2 可以看出，全谱图中4 个较明显的特征峰由强到弱分别为283.08、532.08、687.08 和101.08 eV，对应元素分别为C1s、O1s、F1s和Si2p。

添加的F1s 和Si2p 元素含量测定值（13.47、1.14）高于理论值（10.33、0.52），推测氟、硅元素在薄膜形成过程中向表面迁移形成富集，降低亚麻织物的表面张力，提升其疏水性。

2.1.3 热稳定性

由图3 可以看出，在温度低于260 ℃时，两种整理液整理织物的热失重曲线走势几乎一致，均表现出较小的失重，此阶段只失去游离水和结合水等成分；温度高于320 ℃后，共聚物分子形成的有机基团开始分解，织物质量开始减少，曲线的斜率变化显著；继续升温至450 ℃左右，聚合物分解完成，残余织物的质量变化趋于稳定。温度在350 ℃左右时，两种整理液整理织物的失重速率差别明显，硅氟聚丙烯酸酯乳液整理织物的曲线整体在含氟聚丙烯酸酯乳液右侧，说明前者分解速率更慢，热稳定性更好。因此，在丙烯酸酯共聚物中引入硅、氟元素可以降低胶膜分解速率，提高共聚物的稳定性。

图3 含氟聚丙烯酸酯(a)、硅氟聚丙烯酸酯(b)乳液整理亚麻织物的热失重分析

2.1.4 表面形貌

由图4 可以看出，未整理织物纤维中有尖锐的过渡白色条纹，表面粗糙；整理织物纤维表面过渡圆滑，空隙减小，纤维间的摩擦也减小，改善了亚麻织物的手感。整理织物纤维表面被硅氟聚丙烯酸酯乳液膜覆盖，硅和氟迁移到表面，降低了织物的表面张力，在扫描电镜下观察到纤维间的过渡更圆滑，提高了亚麻织物的疏水性。

图4 整理前(a)后(b)亚麻织物的表面形貌

2.1.5 水接触角

由图5 可以看出，含氟聚丙烯酸酯乳液整理亚麻织物的水接触角为119.59°，硅氟聚丙烯酸酯乳液整理亚麻织物的水接触角达128.33°（略有提高）。表明硅氟聚丙烯酸酯乳液可以更好地降低表面能，阻止液滴的润湿，证明硅氟聚丙烯酸酯乳液整理后织物能够获得更好的疏水性。

图5 含氟聚丙烯酸酯(a)、硅氟聚丙烯酸酯(b)乳液整理亚麻织物的水接触角

2.2 服用性能

由表1 可以看出，硅氟聚丙烯酸酯乳液整理亚麻织物的透湿透气性能均小于含氟聚丙烯酸酯乳液整理，断裂强力提高9%，弯曲刚度明显降低，摩擦系数略降低，说明硅氟聚丙烯酸酯乳液整理亚麻织物的表面更顺滑，改善了亚麻织物易折皱的不足。断裂强力的提高主要是因为硅单体聚合到聚合物主链，形成的Si—O 键、C—F 键键能大于C—C 键，提高了主链的抗拉性能。此外，硅氟基团在主链的侧面形成新的包围主链，保护主链不被破坏，提高整理织物强度。

表1 整理亚麻织物的服用性能

3 结论

使用硅氟聚丙烯酸酯乳液整理亚麻织物，表面生成富硅、氟的薄膜，提高亚麻织物的疏水性，断裂强力、热稳定性和织物风格有较明显的改善，提升了亚麻织物的服用性能。