朱正鋒, 霍憶夢(mèng), 賀　曉, 程建超

(1. 中原工學(xué)院; 2.河南省功能性紡織材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 鄭州 450007)

粘膠紗線拒水處理工藝研究

朱正鋒1,2, 霍憶夢(mèng)1, 賀曉1, 程建超1

(1. 中原工學(xué)院; 2.河南省功能性紡織材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 鄭州 450007)

摘要：以R14.5 tex粘膠紗線為研究對(duì)象，探討了紗線的拒水處理工藝，研究了由拒水處理后紗線所制針織物的拒水性能與熱濕舒適性能。實(shí)驗(yàn)獲得了優(yōu)化的紗線拒水處理工藝參數(shù)：拒水劑HS1100處理液(濃度40 g/L、pH值7、交聯(lián)劑濃度8 g/L)，溶液溫度40 ℃，處理時(shí)間40 min，100 ℃烘干35 min，浴比1∶20，軋液率65%~70%。拒水處理后所制針織物與水接觸角為137.789°，具有良好的拒水耐久性及熱濕舒適性。

關(guān)鍵詞：粘膠紗；拒水工藝；接觸角；熱濕舒適性

粘膠的易吸水性，使其應(yīng)用受到限制。目前關(guān)于紗線與織物的拒水處理研究都是基于潤(rùn)濕理論和荷葉效應(yīng)原理[1]。利用納米級(jí)拒油拒水助劑，通過一定工藝，可在紗線或織物表面構(gòu)造出一個(gè)納米尺寸的凸凹表面，宏觀上相當(dāng)于有一層穩(wěn)定的氣體薄膜附于紗線或織物上，使其表面張力降低，對(duì)液體的接觸角增大，油和水無法直接與材料表面接觸而呈現(xiàn)出超雙疏性[2-3]。為了改變粘膠紗線的易吸水性，本文以R14.5 tex紗線為研究對(duì)象，系統(tǒng)地探討了紗線的拒水處理工藝。

1實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)材料

R14.5 tex粘膠紗線、HS1100拒水處理劑(深圳市誠(chéng)譽(yù)微科技公司生產(chǎn))、NaOH分析純、CH3COOH、交聯(lián)劑TM-TET。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

101型電熱鼓風(fēng)干燥箱、HSY2-SP電熱恒溫水浴鍋(北京永光明醫(yī)療儀器廠)、HB-BL軋車(薈寶染整機(jī)械廠)、F2004電子天平(上海越平科學(xué)儀器有限公司)、縷紗測(cè)長(zhǎng)器(東莞旭東儀器公司)、VHX-100 3D激光顯微鏡(基恩士中國(guó)有限公司)、OCA視頻接觸角測(cè)量?jī)x(江都市騰達(dá)實(shí)驗(yàn)儀器廠)、YG606型平板式保暖儀(萊州電子儀器有限公司)、G601-Ⅰ/Ⅱ型電腦式織物透濕儀、YG 461D型數(shù)字織物透氣測(cè)試儀(溫州大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠)、燒杯、量筒、滴定管等。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1試樣準(zhǔn)備

用縷紗測(cè)長(zhǎng)器量取100 m定長(zhǎng)縷紗100份，在101型電熱鼓風(fēng)干燥箱中(105 ℃)烘至絕干，逐縷稱重備用。

1.2.2紗線的拒水處理工藝流程

實(shí)驗(yàn)采用二浸二軋工藝，其流程為：R14.5 tex紗線105 ℃烘至絕干→浸入處理液20 min(浴比1∶20，NaOH和CH3COOH調(diào)節(jié)pH值)→軋干溶液→浸入交聯(lián)劑處理液10 min→軋干溶液(軋液率65%~70%)→100 ℃預(yù)烘15 min→150 ℃焙烘2 min。

1.2.3粘膠紗線拒水處理工藝單因子優(yōu)化

對(duì)拒水處理液濃度、pH值、處理溫度、交聯(lián)劑濃度等4個(gè)單因子分別進(jìn)行工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，各因子取值分別為：HS1100拒水處理液濃度10 g/L、20 g/L、30 g/L、40 g/L、50 g/L；pH值為5、6、7、8、9；處理溫度取20 ℃、30 ℃、40℃、50 ℃、60 ℃；交聯(lián)劑濃度取0、3 g/L、5 g/L、8 g/L、10 g/L、12 g/L。

除變化因子外，固定實(shí)驗(yàn)條件為：處理液濃度30 g/L、pH值7、處理溫度20 ℃、交聯(lián)劑濃度6 g/L、烘培溫度100 ℃、烘焙時(shí)間20 min。每個(gè)因子均進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

1.2.4L9(3)4正交實(shí)驗(yàn)

根據(jù)單因子實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)論，設(shè)計(jì)了4因素3水平的正交實(shí)驗(yàn)，方案如表1所示。

表1　紗線拒水處理的影響因素水平設(shè)計(jì)表

1.2.5紗線拒水處理前后所制織物拒水性能及熱濕舒適性能實(shí)驗(yàn)

將取自同一卷裝的R14.5 tex粘膠紗分為2組：一組直接制成規(guī)格為185 g·m2的緯平針針織物，另一組紗線先經(jīng)優(yōu)化拒水工藝處理再制成同一規(guī)格織物。每種織物取10塊30 cm×30 cm的試樣，在標(biāo)準(zhǔn)條件(t=(20±2) ℃，相對(duì)濕度(65±2)%下進(jìn)行調(diào)濕，調(diào)濕時(shí)間24 h， 取10塊小樣測(cè)試結(jié)果的平均值。

分類實(shí)驗(yàn)條件為：透氣實(shí)驗(yàn)定值圈面積20 cm2，9號(hào)噴嘴；透濕實(shí)驗(yàn)溫度t=38 ℃、相對(duì)濕度40%、透濕時(shí)間1 h，計(jì)算每平方米每天(24 h)的透濕量；織物水洗為標(biāo)準(zhǔn)機(jī)洗，水溫20 ℃，每次洗滌10 min；所有測(cè)試均在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下進(jìn)行。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1紗線拒水處理前后對(duì)比

R14.5 tex粘膠紗線拒水處理前后，其縱、橫向及截面照片如圖1所示。

從圖1可以看出，紗線在處理后毛羽明顯減少，紗線表面比較光滑密實(shí)；處理后紗線之間乃至纖維間形成一層極薄的穩(wěn)定膜結(jié)構(gòu)。

2.2紗線拒水處理工藝單因子優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(a)處理前縱向　　　　　　　(b)處理后縱向

(c)處理前橫截面　　　　　　(d)處理后橫截面圖1　處理前后紗線縱、橫截面(×500)

應(yīng)用Matlab軟件，分別做出處理液濃度、pH、溫度等因子與處理后紗線冷水浸漬后回潮率之間的擬合曲線如圖2-圖4所示。交聯(lián)劑濃度與紗線拒水耐久性的擬合曲線如圖5所示。

圖2　處理液濃度與紗線回潮率的擬合曲線

圖3　處理液pH值與紗線回潮率的擬合曲線

圖4　處理液溫度與紗線回潮率的擬合曲線

圖5　交聯(lián)劑濃度與紗線拒水耐久性的擬合曲線

2.2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合分析

從圖2可以看出，紗線處理后回潮率<1.0%，說明其拒水性較強(qiáng);溶液濃度為20~40 g/L時(shí)，紗線回潮率變化極微；溶液濃度>40 g/L時(shí)，紗線回潮率有緩慢增大趨勢(shì)，這可能是由于處理液濃度為20~40 g/L時(shí)，紗線表面的薄膜已經(jīng)完全形成，故再增大處理液濃度對(duì)紗線拒水性的影響不大。

從圖3可以看出，當(dāng)處理液pH<7及pH>7時(shí),隨著溶液酸性(堿性)增大，處理后的紗線回潮率增加；當(dāng)pH≈7時(shí)，紗線回潮率降至最低點(diǎn)，其拒水性最好。

由圖4可知，溶液溫度在30 ℃以上時(shí)經(jīng)拒水處理后紗線的回潮率較小且變化幅度小，說明在略高于室溫時(shí)處理液與紗線間具有較強(qiáng)的結(jié)合能。從環(huán)保節(jié)能角度考慮，處理液的溫度應(yīng)控制在40 ℃。

加入交聯(lián)劑可使有機(jī)氟聚合物在纖維上形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加了纖維與薄膜之間滑移的摩擦阻力，從而達(dá)到良好的拒水耐久性[4]，并可提高耐洗牢度。從圖5可以看出，當(dāng)交聯(lián)劑濃度增至8 g/L以上時(shí)，處理后的紗線水洗前后的回潮率變化趨近于0，說明此時(shí)紗線的拒水耐久性強(qiáng)且穩(wěn)定，在交聯(lián)劑的作用下纖維和拒水劑分子交聯(lián)達(dá)到飽和，故交聯(lián)劑濃度選擇8 ～10 g/L為宜。

2.3正交實(shí)驗(yàn)分析

正交實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果如表2所示。

由表2可知，紗線拒水整理效果影響因素的影響程度由大到小的順序?yàn)镈、C、B、A；最佳工藝組合為A3B3C2D1，即處理液濃度40 g/L、pH=7、交聯(lián)劑濃度8 g/L、溫度40 ℃、處理時(shí)間40 min、烘干時(shí)間35 min。對(duì)此最佳工藝進(jìn)行3次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，冷水浸漬后紗線的平均回潮率為0.049 74%，說明紗線的拒水效果良好。

表2　L9(3)4正交實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.4針織物拒水性與熱濕舒適性

由拒水處理前后的R14.5 tex粘膠紗線所制備的同一規(guī)格針織物的拒水及熱濕舒適性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3　針織物拒水性及熱濕舒適性

注：織物①為由未經(jīng)拒水處理的紗線制備的針織物；織物②為由經(jīng)拒水處理后的紗線制備的針織物；織物③為織物②經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)機(jī)洗10次后形成的織物。

根據(jù)Young-Laplace 公式[5]，當(dāng)90°<θ<180°時(shí)，毛細(xì)管的附加壓力阻止水透過，接觸角θ愈大、毛細(xì)管半徑r愈小，水越難通過毛細(xì)管。

根據(jù)表3可知：

(1)織物②與水的接觸角為137.789°，水不能透過甚至不能濕潤(rùn)紗線或織物。由于交聯(lián)劑的作用，織物③的接觸角較織物②降低了2.824%。這可能是由于水洗對(duì)紗線表面的膜有一定的破壞，或水洗使紗線或織物孔隙變大的緣故。整體評(píng)價(jià)，織物②拒水性較好。

(2)織物②較織物①透氣量降低9.10%?？椢铫圯^織物②透氣量提高了4.15%，較織物①降低了5.33%。 原因可能是紗線表面在形成一層薄膜的同時(shí)減少了從纖維之間空隙中通過的氣流量，而水洗則對(duì)紗線表面的薄膜有一定的損壞。

(3)織物②較織物①透濕量增大8.30%。織物③較織物②透濕量降低3.37%，較織物①提高4.66%。 原因可能是當(dāng)水分子從紗線之間的孔隙透過時(shí)，織物②紗線表面所形成的膜及紗線毛羽的貼服使其對(duì)水分子的阻力減小，從而使織物的透濕量增加；水洗導(dǎo)致紗線表面拒水薄膜受損，毛羽增加，從而水蒸汽的透過量有所下降。

(4)織物②較織物①導(dǎo)熱量降低23.30%?？椢铫圯^織物②導(dǎo)熱量降低3.52%，較織物①降低20.60%。可能是因?yàn)樘幚韯┰诩喚€表面形成的薄膜使得通過纖維之間的熱量減少，由于織物②具有良好的拒水耐久性，故經(jīng)過水洗后其導(dǎo)熱性能與水洗前基本持平，但保暖性得以提升。

3結(jié)語

(1) 在一定范圍內(nèi)，R14.5 tex粘膠紗線拒水處理的主要優(yōu)化工藝參數(shù)：拒水劑HS1100處理液(濃度40 g/L、pH=7、交聯(lián)劑濃度8 g/L)，溶液溫度40 ℃，處理時(shí)間40 min，100 ℃烘干35 min，浴比1∶20，軋液率65%~70%。

(2) R14.5 tex粘膠紗線拒水處理后制備的針織物與水接觸角為137.789°，經(jīng)10次水洗后其接觸角降低2.86%，說明紗線經(jīng)拒水處理后具有優(yōu)良的拒水耐久性。

(3)R14.5 tex粘膠紗線拒水處理前后所制備的針織物熱濕舒適性基本接近，因此，用這種方法處理后的紗線所制成的織物具有透氣、透濕、拒水、保暖功能。

參考文獻(xiàn)：

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[5]王基镕. 關(guān)于Young-Laplace公式和Kelvin公式的對(duì)話[J].大學(xué)物理，2007(9)：9.

(責(zé)任編輯：姜海芹)

Water-repellent Functional Finishing of Viscose Yarn Technology Practice

ZHU Zheng-feng1,2, HUO Yi-meng1, HE Xiao1, CHENG Jian-chao1

(1.Zhongyuan University of Technology;2.Henan Key Laboratory of Textile Materials, Zhengzhou 450007, China)

Abstract:Taking the R14.5 fabric as studing object, water-repellent finishing process is discussed. The untreated and treated the same yarn mading knitted fabric of waterproof properties and hot wet comfort performance are studied. Optimized main process parameters are obtained by test: water-repellent HS1100 processing liquid (concentration of 40 g/L, pH=7, crosslinking agent concentration 8 g/L), solution temperature 40 ℃, the processing time of 40 min, drying temperature 100 ℃ 35 min, bath ratio 1∶20, mangle rate of 65% ~ 70%.R14.5 viscose yarn as water-repellent finishing proces after the preparation of the knitted fabric with water contact angle is 137.789 °, with good durability and thermal comfort.The research methods and conclusions can provide a reference for similar research and technology applications.

Key words:viscose yarn; water-repellent finishing process; contact angle; thermal comfort

文章編號(hào)：1671-6906(2015)01-0039-05

作者簡(jiǎn)介：甘鋒(1988-)，男，河南光山人，碩士，主要研究方向?yàn)樘烊患徔棽牧稀?/p>

收稿日期：2014-04-08

中圖分類號(hào)：TS195.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI:10.3969/j.issn.1671-6906.2015.01.009