前处理工艺对涤纶织物润湿性能的影响

李 禹，王宗乾*，盛红梅，钟 辉

(1.安徽工程大学 纺织服装学院，芜湖 安徽 241000；2.宣城凯欧纺织有限公司，安徽 宣城 242000)

涤纶不仅具有力学性能、耐摩擦、良好稳定性等优良性能，而且成本低，生产便利，近年来被广泛应用于汽车工业、工程、包装材料、纺织服装、防护设施等领域。然而，涤纶纤维呈疏水特性，结晶度高，且分子结构中几乎不含有亲水性官能团，致使其吸湿性能差，直接影响其染色、印花、后整理效果。此外，在涤纶纺纱或后加工中涤纶织物上油剂的存在使得其润湿性能降低，并产生染色和后整理效果差等问题。由上述分析可知，涤纶织物的润湿性能是决定其染色、印花和后整理品质的重要因素。

目前，已有众多的学者采用物理改性或化学改性技术对涤纶织物进行处理，以改善涤纶的润湿性能。其中前者包括等离子体改性技术等，涤纶纱线的吸湿性能明显提升，且在30 s的芯吸高度达到7 cm，但是等离子体处理成本高、工艺复杂，不利于规模化生产；后者包括碱处理、亲水改性等，其中碱处理后涤纶织物的吸湿性、透气性得以改善，亲水改性赋予了涤纶织物良好的吸湿性能，但是碱处理损伤涤纶织物机械强力，亲水改性影响透气性。由此，上述改性技术均可提升涤纶织物的润湿性能，但存在工艺复杂或对涤纶织物本身性能产生不利影响的缺陷。研究前处理工艺对涤纶织物的吸水性能与芯吸高度的影响是有必要的。为此，采用前处理工艺对涤纶织物进行处理，以吸水性能和芯吸高度为指标，分析了液碱处理、精炼剂、水质、渗透剂以及增白剂对涤纶织物润湿性能的影响，优化前处理工艺，以期为改善涤纶织物的润湿性能提供一种简单、高效的解决方案。

1 实验部分

1.1 实验材料、药剂与主要仪器设备

实验材料：涤纶坯布 (克重95 g/m，经纬向密度10×10×300×230)(安徽宣城凯欧纺织有限公司)。

实验药剂：液碱(工业级，安徽宣城方圆化工有限公司)；精炼剂(强力去油剂017)；脱泡渗透剂(工业级，江苏苏州联盛有限公司)；增白剂903(工业级，浙江绍兴维多利亚有限公司)。

实验设备：FA2104 电子天平(上海舜宇恒平科学仪器有限公司)；DF-101S恒温加热磁力搅拌器(邦西仪器科技上海有限公司)；DHG-9023A电热恒温鼓风干燥箱(上海沙鹰科学仪器公司)；S-4800型扫描电子显微镜(日本Hitachi公司)；YGB026G电子织物强力机、芯吸高度测试仪(温州方圆仪器有限公司)；红外染色机(博瑞仪器有限公司)。

1.2 前处理工艺

通过设定液碱、水质、精炼剂、渗透剂、增白剂等工艺参数，测试了液碱对涤纶表面的刻蚀程度及拉伸断裂强力；探究了水质、精炼剂、渗透剂、增白剂对涤纶织物吸水性能与芯吸高度的影响。

工艺流程：配置前处理液→红外染色机前处理涤纶坯布→水洗→烘干→待测。

1.3 性能测试

(1)吸水性能测试。参照AATCC 79-2010《纺织品吸水性》标准，采用滴水法测试涤纶织物的吸水性，将水滴从一定高度(1 cm)滴至试样表面，测定液滴刚好落在布上至液滴镜面刚好消失的时间。在不同的位置测定3次，取平均值。

(2)芯吸高度测试。参照FZ/T 01071-2008《纺织品毛细效应试验方法》，按照30 cm × 2.5 cm的规格裁剪出涤纶织物条样，条样顶端固定在毛细管测试装置顶部，底端负重悬垂，且在底端1 cm处划线，测试水样与条样底端1 cm刻度线平行，液体在织物毛效作用下向上爬升，测量30 s、5 min、10 min、20 min、30 min液体爬升的高度值。如液体上升高度参差不齐，应读取最高值，测试3次，取其平均值。

(3)涤纶织物表面形貌测试。采用S-4800型扫描电子显微镜观察不同液碱处理的涤纶织物表面形貌，测试前，将涤纶织物剪成5 mm×5 mm粘在导电胶上并固定在铝台上，样品喷金，送入测试仪器测试。

(4)拉伸性能测试。参照GB/T 3923.2-2013《纺织品织物拉伸性能第一部分：断裂强力的测定条样法》，对涤纶织物进行强力测试，每个试样测试3次，取平均值。

(5)白度测试。参照GB T 17644-2008《纺织纤维白度色度试验方法》，对涤纶织物进行白度测试，每个试样测试3次，取平均值。

2 实验结果与分析

2.1 液碱处理对涤纶织物性能的影响

实验采用不同浓度的液碱对涤纶织物进行处理，测试了液碱处理后涤纶织物的吸水性能和芯吸高度，并与涤纶织物原样作对比，结果如图1所示。由图1a可知，经过液碱处理可改善涤纶织物的吸水性，且随着液碱浓度的增加，涤纶织物的吸水性逐渐提升。进一步测试了液碱浓度处理涤纶织物的芯吸高度，结果如图1b所示。由图1b可以看出，随着液碱用量的增加，涤纶织物的芯吸高度逐渐提高，表明织物的润湿性能得到改善。其中，4 g/L液碱处理的涤纶织物在30 min内的芯吸高度高达19.0 cm。因此，液碱处理可显著改善涤纶织物的润湿性能，原因在于涤纶表面聚酯分子链的酯键水解断裂，并不断形成不同聚合度的水解产物，引入了羟基和羧基等亲水性官能团，从而提高了涤纶织物的润湿性能。

图1 液碱浓度对涤纶织物润湿性能的影响

为表征液碱浓度对涤纶织物的微观结构和力学性能的影响，实验同时测了不同浓度液碱处理涤纶织物的SEM照片和断裂强力，结果分别如图2、图3所示。由图2可知，涤纶原布的表面比较光滑，而且呈长条状分布(见图2a)，2 g/L液碱处理涤纶织物表面布满不同大小的点式凹穴(见图2b)，4 g/L液碱处理涤纶织物表面凹穴变深(见图2c)，6 g/L液碱处理涤纶织物表面凹穴面积变大且出现纤维断裂(见图2d)，表明随着液碱浓度的增加，对涤纶纤维的损伤加重。造成涤纶纤维损伤的原因在于液碱使涤纶分子链中酯键发生水解，进而增大了对涤纶织物的刻蚀程度。随着液碱用量的增加，对涤纶纤维损伤变大，部分纤维处出现断裂，对涤纶纤维的力学性能产生负面影响。因此，在尽可能不降低涤纶织物的力学性能的前提下，改善其润湿性能，应当控制液碱的用量。

图2 不同浓度液碱的涤纶表面形貌

由图3可知，随着液碱加入量的增加，涤纶织物拉伸断裂强力逐渐降低，表明液碱的加入对涤纶织物的力学性能造成损伤。当液碱用量为6 g/L时，涤纶织物断裂强力下降到201 N，强力损失达到6.1%，而用浓度为4 g/L液碱对涤纶织物处理时，其断裂强力降低至206 N，强力损失仅为3.7%，明显小于5%。综上，在尽可能减小对涤纶织物力学性能影响的前提下，提高其润湿性能，因此，采用浓度为4 g/L的液碱对涤纶织物进行前处理。

图3 涤纶织物的拉伸断裂强力

2.2 精炼剂对涤纶织物性能的影响

精炼剂处理后涤纶织物的吸水性能和芯吸高度如图4所示。由图4a可知，经过精炼剂处理可提高涤纶织物的吸水性，且随着精炼剂浓度的增加，涤纶织物的吸水性逐渐提升。由图4b可知，随着精炼剂浓度的增加，涤纶织物的芯吸高度逐渐提高，这是因为精炼剂处理能够去除附着于涤纶表面的杂质及油剂，从而提高了涤纶织物的润湿性能。其中，0～10 min内，精炼剂浓度增加对涤纶织物芯吸高度提升较小，10 min以后，涤纶织物芯吸高度提升较明显。0.9 g/L处理的涤纶织物在30 min时芯吸高度达19.5 cm，比0.48 g/L、0.6 g/L处理的涤纶织物分别提高1.5 cm、0.2 cm。由于较小的药剂浓度也能够达到提高涤纶织物性能的作用，为避免药剂使用浪费，因此，可选取0.6 g/L精炼剂对涤纶织物进行处理。

图4 精炼剂浓度对涤纶织物润湿性能的影响

2.3 水质对涤纶织物性能的影响

实验分析了软水、硬水对涤纶织物润湿性能的影响，并测试了使用软水和硬水处理涤纶织物的吸水性能和芯吸高度，结果如图5所示。由图5a可知，使用软水处理涤纶织物的吸水时间比硬水处理涤纶织物的吸水时间缩短0.15 s；由图5b可知，使用软水和硬水处理涤纶织物的芯吸高度，在0～10 min时间内，软水处理涤纶织物的芯吸速率明显高于硬水处理的。30 min后，软水处理的涤纶织物的芯吸高度高达20.5 cm，大于硬水处理的涤纶织物(18.4 cm)，表明使用软水可改善织物的润湿性能。这主要是因为硬水中含有的钙镁离子在织物表面形成钙镁盐，降低了涤纶织物与液碱反应程度。而软水不含或含较少钙镁化合物，使用软水处理涤纶织物有利于提高涤纶织物的润湿性能。因此，实验采用软水对涤纶织物进行处理。

图5 水质对涤纶织物润湿性能的影响

2.4 渗透剂对涤纶织物性能的影响

采用不同浓度的渗透剂对涤纶织物进行处理，测试了渗透剂处理后涤纶织物的吸水性能和芯吸高度，结果如图6所示。由图6a可知，经过渗透剂处理可提高涤纶织物的吸水性；由图6b可知，0～10 min内随着渗透剂浓度增加涤纶织物的芯吸高度显著提高，10 min以后，渗透剂浓度高于0.3 g/L，涤纶织物芯吸高度提升较小；其中，0.3 g/L渗透剂处理的涤纶织物在30 min时芯吸高度高达22.1 cm。这是因为涤纶表面存在凹穴，渗透剂占据一部分空间，进而提升涤纶织物润湿性能，因此，前处理选用0.3 g/L渗透剂。

图6 渗透剂浓度对涤纶织物润湿性能的影响

2.5 增白剂对涤纶织物性能的影响

增白剂对涤纶织物的吸水性能、芯吸高度、白度的影响如图7所示。由图7a可知，增白剂对涤纶织物吸水性能无明显影响；由图7b可知，增白剂对涤纶织物芯吸高度无影响；进一步测试了涤纶织物白度，由图7c可知，加入增白剂能够明显提升涤纶织物白度，改善涤纶织物色泽亮度，前处理中可加入增白剂。

图7 增白剂对涤纶织物润湿性能的影响

3 结论

液碱对涤纶织物吸水性能与芯吸高度提高显著，是因为对涤纶纤维有表面刻蚀和溶解作用，但液碱浓度过高损伤涤纶织物的力学性能；精炼剂、渗透剂和水质都能够进一步提升涤纶织物吸水性能与芯吸高度，而增白剂仅起到提升涤纶织物白度的效果。当前处理工艺中液碱、精炼剂、渗透剂用量分别为4 g/L、0.6 g/L、0.3 g/L，并使用软水处理后，涤纶织物的吸水时间为1.04 s，芯吸高度为22.5 cm，达到了较为理想的前处理条件。