中国纺织助剂网 发布于 2012-04-24
引言
锦纶纤维(聚酰胺纤维,PA),又称为尼龙或耐纶,是指其分子主链由酰胺键(-CO-NH-) 连接起来的合成纤维,其具有强度高,刚性好,尤其是耐热性,抗蠕变以及耐磨性能佳等优点,因而广泛应用于纺织面料的制作[1].锦纶纤维虽然分子中有亲水性酰胺基,但在标准状50 态下吸湿率仅为 4.5%,作为贴身服饰面料,其穿着舒适性差,尤其当人体出汗时吸湿排汗 困难,给人闷热不适的感觉[2].因此,锦纶纤维亲水性整理日益受人关注],通过亲水整 理,锦纶织物亲水性和抗静电性能得到提高,穿着舒适性得到一定程度改善.目前,锦纶纤 维织物亲水整理较多采用亲水性聚醚硅油整理,但其存在亲水性耐洗性差的缺陷.本文开发了一种聚酰胺(聚酯)聚醚嵌段共聚型亲水整理剂 PPAG,分子结构中具有与锦纶纤维相似的聚酰胺链段,期望其在整理过程中能与锦纶织物通过相似相亲原理发生共熔融,共结晶作 用[7-8],增加其耐洗牢度,同时通过分子中的聚醚赋予整理锦纶织物较好的亲水性.从而实 现整理剂亲水和耐洗的目的.
为此,本文采用己二酸(AA),己二胺(HDA)和双端羧基聚乙二醇(CT-PEG)为 原料,通过缩聚反应,合成具有一定分子质量的聚酰胺(聚酯)聚醚嵌段共聚型亲水整理剂PPAG,研究合成因素对整理织物润湿时间的影响,优化合成条件,对其整理应用性能进行了测试,并与国外同类产品和市场常用的亲水聚醚硅油进行比较.
试剂:己二酸(AA,AR),己二胺(HAD,AR),双端羧基聚乙二醇(以下简称 CT-PEG,65 自制),亚磷酸(AR),聚醚改性硅油(工业级,杭州科峰化工有限公司),国外锦纶亲 水整理剂(工业级,日本钟纺公司).
织物:锦纶布(平纹织物,织物经线 340 根/10cm,纬线 325 根/10cm,织物克重 9.2mg/cm2, 绍兴金秋纺织品公司生产).
1.2.1 PPAG 的制备工艺 按物料配比将己二酸(AA),己二胺(HDA)以及双端羧基聚乙二醇(CT-PEG)投入 250mL 的四口烧瓶中,氮气N2 保护,升温至170ºC,保温 30min.加入物料总量 2%的抗氧剂亚磷酸,升温至 240ºC进行缩聚反应一段时间,维持此温度并在一定的真空度下缩聚 一定时间(缩聚温度下总反应时间中真空度下反应时间占 1/5),反应后降温至 70ºC,停止 反应,即得到 PPAG.
反应式如下:
1.2.2 PPAG 浸渍整理应用工艺
浸渍(整理剂 PPAG 的用量 x%(o.w.f.),浴比:1:20,室温×30min)→脱水(1min) →85 烘干(80~100ºC×10min)→焙烘(160~170ºC×30s)→待测.
1.2.3 测试方法
(1) PPAG 红外光谱测定:采用 Nicolet5700 傅里叶红外光谱仪单点全反射ATR 测试.
(2) PPAG 分子质量测定:采用 Waters 201 凝胶色谱仪测试, PS(聚苯乙烯)作标准物,四氢呋喃(THF)作溶剂.
(3) PPAG 的热性能:采用 Pyris 1 热重分析仪测试.
(4) 亲水整理剂的表面张力,临界胶束浓度测定
(a)表面张力:参照 GB5549-90< 表面活性剂 用拉起液膜法测定表面张力>,采用白 金板法测定溶液的表面张力.
(b)临界胶束浓度:采用表面张力法测试.
(5) 织物亲水性测定
亲水性以润湿时间表示.参照 AATCC-79<漂白织物的吸水性>测试.
(6) 耐洗性测定
按照 GB/T8629-2001 洗涤标准对整理的织物进行洗涤,测定洗涤后整理织物润湿时间, 并与洗前整理的织物润湿时间比较,判定整理织物亲水性的耐洗性.
2 结果与讨论 2.1 实验工艺结果2.1.1 缩聚物料比对PPAG 整理织物润湿时间的影响
固定缩聚反应的温度 240ºC,缩聚反应时间 2.5h,真空度为 0.04 MPa,考察不同缩聚反应物料配比 n(AA):n(HAD):n(CT-PEG)对 PPAG 整理织物润湿时间的影响,结果如图 1 所示.
图 1 缩聚反应物料配比对 PPAG 整理织物润湿时间的影响
从图 1 可知,随着物料比例中己二酸AA 量的增加,整理织物的润湿时间逐渐缩短,亲水性逐渐提高,同时整理织物亲水性的耐洗性也逐渐提高.当 n(AA):n(HAD):n(CT -PE G)为 1:3:1 时,整理织物的润湿时间达到最短,亲水性能最好,此时整理织物亲水性的耐洗性也最好, 继续增加己二酸的用量,整理织物的润湿时间变大,整理织物的亲水性及其耐洗性能变差.这主要是因为己二酸 AA 用量的变化,影响整理剂 PPAG 分子中聚酰胺链段和聚醚链段的比 例,影响整理剂 PPAG 的表面活性,因而影响整理剂在浸渍整理时在纤维上的吸附量,从而影响整理效果和其耐洗性.考虑整理织物的亲水性和耐洗性,物料配比 n(AA):n(HAD):n(CT-PEG) 选择 1:3:1 为宜.
2.1.2 缩聚温度对PPAG 整理织物润湿时间的影响
固定缩聚反应的物料配比 n(AA):n(HAD):n(CT-PEG)为 1:3:1,缩聚反应时间为 2.5h,真空度为0.04MPa,考察不同缩聚反应温度对 PPAG 整理织物润湿时间的影响,结果如图 2 所示.
由图 2 可见,随着温度的提高,整理织物润湿时间逐渐变小,整理织物的亲水性及其耐洗性逐渐变好,当温度上升到 240ºC左右时,整理织物润湿时间达到最短,整理织物亲水性能及其耐洗性也最好,继续升高温度,整理织物亲水润湿时间随之变大,整理织物亲水性能 及其耐洗性也随之变差.这是因为缩聚反应具有较高的反应活化能,提高反应温度有利于反应的进行,有利于反应目标物整理剂的生成及其分子量的增大,因此整理织物亲水性和耐洗性随温度提高而提高.但温度过高,会导致反应体系中聚醚链段热氧化和热裂解程度加剧 [9-10],造成聚醚链段长度的下降和分子量的降低,影响整理剂分子结构,因此整理织物润湿 时间变长,整理织物亲水性能及其耐洗性能降低.结果表明缩聚温度应控制在 240ºC左右,整理剂亲水性能及其耐洗性较为理想.
2.1.3 缩聚反应时间对PPAG 整理织物润湿时间的影响
固定缩聚反应的温度 240ºC,物料配比 n(AA):n(HAD):n(CT-PEG)为 1:3:1,真空度 为 0.04 MPa,考察不同缩聚反应时间对 PPAG 整理织物润湿时间的影响,结果如图 3 所示.
由图 3 中可看出,随着缩聚反应时间的延长,整理织物的润湿时间逐渐下降,整理织物 亲水性及其耐洗性逐渐变好.当缩聚反应时间超过 2.5h,整理织物润湿时间处于一个相对低 值,整理织物的亲水性及其耐洗性处于较好的状态.这主要是因为反应前期反应时间较短,反应没有充分进行,反应体系整理剂产率较低,因此,整理织物的润湿时间长,整理织物亲 水性及其耐洗性差.随着反应时间的延长,反应程度增大,生成的整理剂目标物增多,分子 量也增大,整理织物亲水性和耐洗性得到改善进而趋于稳定.实验结果表明缩聚反应时间选择2.5h 为宜.
2.2 合成产物 PPAG 表征2.2.1 红外光谱分析
采用德国 Bruker 公司生产的傅立叶红外光谱仪 Vertex70 对整理剂 PPAG 进行单点 ATR测试,分辨率为 6cm-1,扫描频率为 32s-1.结果如图 4.
图 4 整理剂 PPAG 的红外光谱图
谱图中存在-CO- 1694.8cm-1,-C-N- 1238 cm-1 和-NH- 3298.1 cm-1,1627.4 cm-1,1537.9 cm-1 等特征峰,这些特征峰归属仲酰胺-CO-NH-基团,存在-CH-伸缩 2875.7 cm-1,变角1463.0 cm-1,面外摇摆 1342.9 cm-1 和面内旋转 721.3 cm-1 以及-C-C-1103.2 cm-1 等特征峰,这些特征峰归属(-CH2)n-峰,存在酯-C-O-C 伸缩1200.7 cm-1,-COO 对称伸缩 1410.3 cm-1160和醚-C-O-C 伸缩 1058.5 cm-1 等特征峰,这些特征峰归属内酯内醚峰].红外谱图分析表 明 PPAG 整理剂为酰胺,酯和醚结构,与设计结构相符合.
2.2.2 PPAG 的理化指标
按照上述优化工艺条件合成 PPAG,其外观呈微黄色固体小块状,红外分析表明其为酰胺,酯和醚结构的嵌段共聚物,GPC 分子质量测定表明其数均分子质量 26002,质均分子质量为 38354,分散度系1.475021(见图 5),热分析表明 PPAG 开始分解温度为 270.558ºC,最终分解温度为 584.322ºC,表明 PPAG 具有较好的热稳定性(见图 6),它是一种非离子表面活性剂,具有较好的水溶性,可与非离子,阳离子,阴离子型表面活性剂物质混用,2%水溶液 pH 为 7-8,经测定其表面张力(CMC 为 1.8g/L 的水溶液)为 26.70mN/m,浊点 为 78ºC.
2.3 PPAG 的应用性能
2.3.1 PPAG 的亲水性和耐洗性
配制不同浓度的PPAG 整理液,浸渍法整理锦纶织物,并测定整理织物亲水润湿时间, 结果如图 7 所示.
由图 7 可知,当 PPAG 用量小于 2.5g/L 时,随着 PPAG 用量的增加,整理织物润湿时 间逐渐变短,表明整理织物亲水性逐渐变好,当 PPAG 用量为 2.5g/L,整理织物润湿时间达 到 6.3s,相对未整理织物润湿时间超过70s 来说,PPAG 具有明显亲水性.当其用量超过 2.5g/L 时,继续增加 PPAG 用量,整理织物的润湿时间趋于平衡,维持在 6s 左右.结果表明整理 剂 PPAG 具有用量小和亲水性好特点.
实验参照 GB/T8629-2001 洗涤标准对整理织物进行洗涤,测定洗涤不同次数后织物的 亲.....