前言
涤纶纤维具有优良的物理机械性能,应用广泛。但因其吸湿性较差,易产生静电现象。壳聚糖是一种碱性多糖,无毒,可生物降解,具有良好的生物相容性和抗菌性。壳聚糖分子中存在大量的氨基和羟基,易于发生化学反应,是一种新型的多功能整理剂,在印染加工中的应用研究广泛[1,2]。
壳聚糖的抗静电机理:在酸性介质中,壳聚糖分子中的氨基可以吸附氢质子形成—NH3+,将其整理到织物上,会使纤维在水中具有离子导电功能,使摩擦产生的静电荷迅速泄漏,而且还可能产生电中和作用。此外,壳聚糖分子上大量存在羟基和氨基等强极性基团,使壳聚糖分子具有很高的吸湿性,可在纤维表面形成连续的水膜,为空气中二氧化碳和纤维中存在的电解质提供溶解场所,从而间接地提高了表面电导率。即使在低湿度环境下,壳聚糖也能显示其高吸湿性,其吸湿率仅次于甘油,但高于聚乙二醇、山梨醇,而且在水中不会过度溶胀,因而可防止因水引起的耐久性降低[3,4]。
本试验探讨了壳聚糖整理工艺对涤纶织物抗静电性能的影响,优化了整理工艺。
1试验部分
1.1材料
织物:涤纶织物[东丽酒伊织染(南通)有限公司]
药品:壳聚糖(食品级,分子量约20万,脱乙酰度85%左右,南通生物工程研究所有限公司)、丙二酸(化学纯,国药集团化学试剂有限公司)、冰醋酸(分析纯,汕头市西陇化工厂)等。
1.2仪器和设备
HH-S型恒温水浴锅(浙江余姚市检测仪表厂)、JA2003电子天平(上海精科天平厂)、YG(L)342D型静电测试仪(山东纺科院测控设备开发中心)、DHG-9076A电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)、LFY-207自动织物硬挺度实验仪(山东省纺织科学研究院)、RJ-350Ⅲ轧染机(上海双翼实业公司)等。
1.3实验方法
整理液处方:壳聚糖0.5~2.0%(溶于1%醋酸),交联剂(丙二酸)4~12g/L,催化剂(醋酸钠)4g/L
工艺条件:浴比20:1,烘干温度80℃,焙烘
工艺流程:涤纶织物浸渍壳聚糖整理液(2min)→二浸二轧(轧余率为100%)→预烘(80℃×5min)→焙烘(120~80℃×3~12min)→水洗(洗衣粉2g/L,60℃×5min,浴比50:1)→烘干→测试性能。
1.4测试方法
1.4.1壳聚糖的附着率
将整理前后的织物在105℃下烘干至恒重,放在干燥器中冷却,用分析天平称重,按下式计算壳聚糖的附着率[5]:
附着率%= | G1-G0 | ×100 |
G0 |
式中:G0——壳聚糖整理前织物重量、G1——壳聚糖整理后织物重量(g)
1.4.2吸湿性
将试样在烘箱中(105℃)烘至恒重,在一定的湿度条件下放置24小时,用分析天平称重,按下式计算吸湿率:
吸湿率%= | W1-W0 | ×100 |
W0 |
式中:W0——试样重量(g);W1——吸湿后试样重量(g)
1.4.3抗静电效果
在相同湿度和温度条件下,用YG(L)342D型静电测试仪测试织物的静电压半衰期,同一种试样连续测三次,取其平均值。
1.4.4织物手感
用LFY-207型自动织物硬挺度实验仪对织物的硬挺度进行测试,同一种试样正反各测一次,取其平均值。
1.4.5织物的抗菌性
选用常见的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。将培养皿、移液管、试管洗净,用报纸包好在160℃烘箱中高温灭菌两小时。按标准配方配好培养基,加热溶解,并不断搅拌,然后将其在高温高压灭菌锅中灭菌20min。将培养基冷却到50℃,分装于培养皿,确保培养基覆盖培养皿底部,在无菌环境中移取稀释的细菌于培养基上,确保细菌覆盖培养基。将经过整理的织物剪成直径为1cm的圆形,置于细菌培养基上,将培养皿放置于37℃的培养箱中24h。然后测量抑菌圈直径大小,以衡量抗菌效果。
2实验结果与讨论
2.1壳聚糖用量对涤纶抗静电性能的影响
改变壳聚糖用量,其他条件不变,整理后织物的抗静电性能见表1。交联剂浓度为4g/L,催化剂浓度
表1壳聚糖用量对抗静电性能的影响
壳聚糖用量/% | 洗前附着率/% | 洗后附着率/% | 半衰期/s |
0.5 | 1.04 | 0.40 | 15.79 |
1.0 | 1.58 | 0.91 | 7.64 |
1.5 | 2.15 | 1.39 | 3.87 |
2.0 | 2.44 | 1.70 | 2.97 |
未整理样 | 0 | 0 | 180.33 |
从表1中可以看出,壳聚糖用量越大,抗静电效果越好。因为壳聚糖用量增加,织物上壳聚糖的吸附率增大。但是,壳聚糖用量越大,织物的手感越差。因此,壳聚糖用量也不宜过大。
2.2交联剂用量对涤纶抗静电性能的影响
改变交联剂的用量,其他条件不变,整理后织物的抗静电性能见表2。壳聚糖用量为1%,催化剂浓度为4g/L,焙烘温度160℃,焙烘时间3min。
表2交联剂用量对抗静电性能的影响
交联剂用量/g·L-1 | 洗前附着率/% | 洗后附着率/% | 半衰期/s |
2 | 1.49 | 0.90 | 7.68 |
4 | 1.58 | 0.91 | 7.64 |
6 | 1.44 | 0.92 | 10.92 |
8 | 1.45 | 0.95 | 13.15 |
未整理样 | 0 | 0 | 180.33 |
从表2中可以看出,随着交联剂用量的增加,附着率变化不大,抗静电效果变差。原因是过多的交联剂与壳聚糖氨基发生反应,致使壳聚糖氨基数量减少,在酸性介质中形成的-NH3+数量也相应减少,从而使涤纶纤维的离子导电功能减弱,抗静电性能减弱。
2.3焙烘时间对涤纶抗静电性能的影响
改变焙烘时间,其他条件不变,整理后织物的抗静电性能见表3。壳聚糖用量为1%,交联剂用量4g/L,催化剂浓度为4g/L,焙烘温度160℃。
表3焙烘时间对抗静电性能的影响
焙烘时间/min | 洗前附着率/% | 洗后附着率/% | 半衰期/s |
3 | 1.58 | 0.91 | 7.64 |
4 | 1.56 | 0.91 | 7.65 |
5 | 1.59 | 0.92 | 7.62 |
6 | 1.58 | 0.91 | 7.63 |
未整理样 | 0 | 0 | 180.33 |
从表3中可以看出,焙烘时间对整理效果影响不大。而且焙烘时间过长,织物容易泛黄。
2.4焙烘温度对涤纶抗静电性能的影响
改变焙烘温
表4焙烘温度对抗静电性能的影响
焙烘温度/℃ | 洗前附着率/% | 洗后附着率/% | 半衰期/s |
120 | 1.04 | 0.78 | 8.10 |
140 | 1.21 | 0.83 | 7.89 |
160 | 1.58 | 0.91 | 7.64 |
180 | 2.13 | 1.63 | 6.99 |
未整理样 | 0 | 0 | 180.33 |
从表4中可以看出,随着焙烘温度的增加,半衰期逐渐变小,但织物在160℃下焙烘后略有泛黄,180℃明显泛黄,所以焙烘温度不宜太高。
2.5正交试验
通过以上单因素的研究,选取影响抗静电效果较大的三个因素:壳聚糖用量,交联剂用量,焙烘温度进行正交实验,试验结果及分析见表5。
表5正交实验结果
试样号 | A 壳聚糖用量/% | B 交联剂用量/g·L-1 | C 焙烘温度/℃ | 半衰期/s |
1 | 1 | 3 | 130 | 16.08 |
2 | 1 | 4 | 140 | 19.84 |
3 | 1 | 5 | 150 | 11.47 |
4 | 1.5 | 3 | 140 | 8.70 |
5 | 1.5 | 4 | 150 | 13.89 |
6 | 1.5 | 5 | 130 | 12.17 |
7 | 2 | 3 | 150 | 6.38 |
8 | 2 | 4 | 130 | 8.49 |
9 | 2 | 5 | 140 | 10.14 |
k1 | 15.80 | 10.39 | 12.25 | |
k2 | 11.59 | 14.07 | 12.89 | |
k3 | 8.34 | 11.26 | 10.58 | |
R | 7.46 | 3.68 | 2.31 |
从表5可以看出,壳聚糖用量对涤纶抗静电性能影响最大,其次是交联剂用量,最后是焙烘温度。
抗静电性能最好也就是要半衰期时间最短的工艺参数组合是A3B1C3,即壳聚糖用量2.0%,交联剂用量3g/L,焙烘温度150℃。
2.6整理对涤纶织物吸湿性、抗菌性能和手感的影响
采用上述正交试验得出的最优工艺对涤纶织物进行整理后,与未整理的空白样进行吸湿性、抗菌性和硬挺度的比较,测试数据如表6所示。
表6吸湿性、抗菌性能和硬挺度的比较
试样 | 吸湿率/% | 抑菌圈直径/mm | 硬挺度/cm | |||
大肠杆菌 | 金色葡萄球菌 | |||||
空白样 | 0.65 | 12 | 10 | 3.48 | ||
整理样 | 0.77 | 15 | 12 | 6.41 |
从表6<
3结论
(1)影响涤纶织物抗静电效果的主要因素是壳聚糖用量、交联剂用量及焙烘温度。
(2)壳聚糖对涤纶织物抗静电整理的最佳工艺是:壳聚糖用量2.0%,交联剂用量3g/L,催化剂用量4g/L,焙烘时间3min,焙烘温度150℃,浴比20:1。
(3)涤纶织物经壳聚糖整理后具有较好的吸湿性和抗菌性,但手感发硬。
参考文献
[1]杨栋梁.壳聚糖在织物功能整理中的应用(一)[J].印染,2003,29(4):34-36;(5):36-38.
[2]李战雄,靳霏霏,谢晓青.壳聚糖降解及在织物整理中的应用[J].印染助剂,2006,23(4):20-22.
[3]Secong-ilEom.UsingChitosanasanAntistaticFinishforPolyesterFabric[J].AATCCReview,2001,(3):57-60.
[4]徐旭凡.壳聚糖对涤纶织物处理的探讨[J].纺织学报,2003,24(5):466-468.
[5]陈贵翠,张立峰,魏赛男.提高细旦涤纶仿真丝织物的湿舒适性研究[J].丝绸,2007,(9):26-28.