基于有機(jī)硅處理的高透濕性絲織物的研究

洪少琰，王亞平，傅雅琴(.浙江理工大學(xué) 材料與紡織學(xué)院，杭州 3008；.廣西華虹綢緞股份有限公司，廣西 蒙山 546700)

基于有機(jī)硅處理的高透濕性絲織物的研究

洪少琰1，王亞平2，傅雅琴1
(1.浙江理工大學(xué) 材料與紡織學(xué)院，杭州 310018；2.廣西華虹綢緞股份有限公司，廣西 蒙山 546700)

為了改善絲綢的透濕性能, 以γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、正硅酸乙酯(TEOS)為前驅(qū)體，固體酸對(duì)甲苯磺酸為催化劑，合成有機(jī)硅溶膠，并對(duì)皺紋類絲綢進(jìn)行改性。利用掃描電子顯微鏡、織物透濕儀、電子織物強(qiáng)力儀，激光織物折皺彈性測(cè)試儀等，對(duì)改性后的絲綢的透濕性等進(jìn)行測(cè)定和分析。結(jié)果表明：當(dāng) TEOS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 %，偶聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 %時(shí)，制備的有機(jī)硅可與絲綢很好地結(jié)合，絲綢的透濕性得到明顯改善，且其他力學(xué)性能、透氣性能等有所改善或基本不變，顯示用該方法改性絲綢、制備高透濕性絲綢具有可行性。

納米硅；絲綢改性；溶膠凝膠法；透濕性

織物透濕性是指在織物兩側(cè)存在濕度差的條件下，水汽從相對(duì)濕度較高的一側(cè)遷移到相對(duì)濕度較低一側(cè)的性能，是服用性能的重要指標(biāo)之一。為此，許多學(xué)者對(duì)透濕性的測(cè)試方法及透濕性能進(jìn)行了研究[1-2]。張懷珠等[3]通過對(duì)絲織物與滌綸織物熱濕移動(dòng)性能的比較研究后認(rèn)為，絲織物的熱舒適性明顯優(yōu)于滌綸織物，但絲綢在對(duì)顯性出汗時(shí)的透濕性能存在不足。由于絲綢織物一般比較薄，當(dāng)夏天人體顯性出汗時(shí)，往往容易產(chǎn)生貼身現(xiàn)象，影響服用性能。因此，進(jìn)一步改善絲織物的透濕性能，對(duì)提高絲綢織物的熱濕舒適性具有重要作用。

有機(jī)硅作為一種優(yōu)良的生態(tài)型紡織品整理劑，兼?zhèn)溆袡C(jī)材料與無(wú)機(jī)材料的雙重特性，對(duì)環(huán)境無(wú)毒害污染，其附著固化于纖維表面，有修飾、修復(fù)、美化纖維觀感，改善纖維功能的作用。棉、毛、絲、麻、合纖等各種織物通過有機(jī)硅整理劑處理，可以使織物的手感、色牢度、平滑性、耐磨性、抗起毛起球性、氈縮性、抗菌性、防紫外線性能得到改善[4-7]。

目前，采用原位法制備高透濕性絲織物的研究未見報(bào)道。本研究以γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、正硅酸乙酯(TEOS)為前驅(qū)體，以固體酸對(duì)甲苯磺酸為催化劑，合成有機(jī)硅溶膠[8]，并對(duì)絲織物進(jìn)行改性，探討硅溶膠原位改性絲織物對(duì)絲織物透濕性能的影響，以期為制備高透濕性絲織物提供理論指導(dǎo)。

1 試 驗(yàn)

1.1 材 料

12103白坯雙縐，95 g/m2；正硅酸乙酯(TEOS)，分析純；無(wú)水乙醇，分析純；γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶聯(lián)劑KH-560)，分析純；對(duì)甲苯磺酸，分析純；無(wú)水氯化鈣，分析純。

1.2 方 法

將白坯雙縐裁剪成大小為20 cm×30 cm的試樣，每塊試樣置于100 mL的75 %乙醇溶液中，然后放入超聲波清洗儀中，超聲清洗15 min，取出試樣置于50 ℃烘箱中，2 h后取出，按GB/T 6529－2008《紡織品 調(diào)濕和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)大氣》，將試樣置于恒溫恒濕室中平衡24 h備用，記為試樣Y-0。

經(jīng)過多次前期的探索性試驗(yàn)，確定了適合絲織物改性的基本工藝參數(shù)：按mTEOS︰mKH560︰m甲苯磺酸=1︰1︰0.05的質(zhì)量比配制TEOS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1 %和2 %的乙醇溶液，放置6 h后。取試樣Y-0，按浴比1︰50分別浸漬于上述溶液中，20min后取出，陰干5 d后，在50 ℃條件下烘干2 h，置于恒溫恒濕室中平衡24 h備用，分別標(biāo)注為Y-1和Y-2。

采用LIBRA-200FE型透射電子顯微鏡，對(duì)2 %KH560乙醇溶液處理樣及2 %TEOS納米硅溶膠處理樣進(jìn)行觀察表征。采用YG601型電腦式織物透濕儀，按GB/T 12704.1－2009《紡織品 織物透濕性試驗(yàn)方法 第1部分：吸濕法》，對(duì)試樣進(jìn)行透濕性測(cè)試；采用KES-F8-API型織物透氣儀對(duì)試樣的透氣性能進(jìn)行測(cè)試；采用YG541E型激光織物折皺彈性測(cè)試儀，按GB/T 3819－1997《紡織品 織物折痕回復(fù)性的測(cè)定回復(fù)角法》，對(duì)試樣進(jìn)行抗皺性測(cè)試；采用YG065型電子織物強(qiáng)力機(jī)，按GB/T 3923.1－1997《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定》，對(duì)試樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試；參照GB/T 3921.3－2008《紡織品色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》，對(duì)Y-1和Y-2試樣進(jìn)行皂洗，將皂洗后的試樣標(biāo)注為Y-1x和Y-2x，并對(duì)織物的透濕性能進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 有機(jī)硅改性劑的制備原理及其形貌

為了改善絲織物的透濕性能，本研究提出了以硅烷偶聯(lián)劑、TEOS為前驅(qū)體，固體酸為催化劑合成有機(jī)硅原位改性絲織物的新方法，其中，改性劑的制備原理如下。

1)TEOS在催化劑作用下發(fā)生如下水解：

a)Si-OR＋H2O≡Si-OH＋ROH

b)Si-OR＋HO-Si≡Si-O-Si＋ROH

c)Si-OH＋HO-Si≡Si-O-Si＋H2O

d)Si-O-Si與Si-O-Si之間脫水形成二氧化硅網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2)KH560在醇水中主要發(fā)生下列水解：

RSi(OCH3)3＋3H2O≡RSi(OH)3＋3HOCH3

3)RSi(OH)3之間脫水縮合可形成有機(jī)立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 KH560與TEOS形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意Fig.1 The network structure schematic drawing of the combination of KH560 and TEOS

將得到的有機(jī)硅處理劑利用透射電子顯微鏡觀察后，得到的形貌如圖2所示。

圖2 有機(jī)硅處理劑的透射電子顯微鏡照片F(xiàn)ig.2 TEM images of organic silicon treatment

從圖2可以看出，制備的處理劑干燥后，內(nèi)部存在有明顯的顆粒，顆粒直徑小于50 nm，且顆粒大小基本均勻。這有利于對(duì)絲織物進(jìn)行改性。

2.2 改性處理對(duì)絲織物透濕性能的影響

圖3是試樣的透濕性能測(cè)試結(jié)果。從圖3可以看出，與未處理的絲織物相比，經(jīng)過表面處理后的絲織物試樣的透濕性能得到了明顯改善。當(dāng)KH560、TEOS、固體酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2 %、2 %、0.05 %時(shí)，與未處理的絲織物相比，處理后絲織物的透濕性能提高了50 %以上，顯示了非常顯著的透濕改性效果。這是由于透過織物的水汽總量除了“空隙擴(kuò)散”外，還與“吸附—擴(kuò)散—解析”和“毛細(xì)管”傳遞有關(guān)。一方面織物經(jīng)過硅溶膠表面處理后，雖然空隙的孔徑有所減少，但由于處理劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小，對(duì)孔徑的影響較??；另一方面，硅溶膠處理后，表面的潤(rùn)滑性能增加，在“擴(kuò)散—解析”效果增加的同時(shí)，由于孔徑的減小，毛細(xì)管效果也有所增加，從而使織物的透濕性能增加。

圖3 試樣的透濕性能測(cè)試結(jié)果Fig.3 Moisture-penetrability of samples

2.3 改性處理對(duì)絲織物抗皺性能的影響

為了了解改性對(duì)絲織物抗皺性能的影響，對(duì)處理前后絲織物折皺回復(fù)角進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如表1所示。

表1 試樣品的折皺回復(fù)角Tab.1 Wrinkle recovery angle of samples in warp direction

織物抗皺性是織物在受到外力作用后發(fā)生形變，當(dāng)外力撤除后其恢復(fù)原來(lái)形狀的能力?？椢锏目拱櫺杂衫w維的柔軟度、相互間摩擦大小決定。從表1可以看出，無(wú)論是經(jīng)向還是緯向，處理后試樣的抗皺性能都得到了一定程度的改善。這主要是由于有機(jī)硅可以在絲織物表面形成膜，其中含有的活性基團(tuán)可與纖維表面的活性基團(tuán)發(fā)生交聯(lián)附著，有利于提高織物的彈性，從而改善抗皺性。表明該處理方法在提高透濕性能的同時(shí)，還有利于改善絲織物的抗皺性能。

2.4 改性處理對(duì)絲織物透氣性能的影響

織物的透氣性是指織物兩面存在壓差的情況下，空氣透過織物的性能。織物透氣性除了取決于織物中紗線與紗線之間形成的孔隙的大小與多少外，也與織物的組織結(jié)構(gòu)、厚度等因素有關(guān)。

表2 試樣的透氣性能測(cè)試結(jié)果Tab.2 Air permeability of samples

從表2可以看出，經(jīng)過改性處理后，織物的透氣性能變化不大。這一方面是由于處理劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小，對(duì)孔徑大小的影響不大；另一方面，由于處理后的試樣透濕性能提高，試樣中本身滯留的水分有所減少。這兩方面的原因使試樣的透氣性能變化不大。

2.5 改性處理對(duì)絲織物力學(xué)性能的影響

由于絲織物的力學(xué)性能影響著絲織物產(chǎn)品的耐用性和成形性[9]，是絲織物重要的品質(zhì)指標(biāo)之一。為此，測(cè)試分析了改性處理前后絲織物的力學(xué)性能，其結(jié)果如表3所示。

表3 試樣的力學(xué)性能Tab.3 Mechanical properties of samples

從表3可以看出，改性處理使試樣的經(jīng)向強(qiáng)力略有下降，伸長(zhǎng)率有所增加，但變化很小，可以認(rèn)為基本不變。這主要是由于處理劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)很小，對(duì)絲織物的力學(xué)性能影響很小，試樣的受力主要由絲織物本身決定。

2.6 皂洗對(duì)改性絲織物透濕性能的影響

紡織產(chǎn)品在使用過程中，洗滌是不可避免的，為此，對(duì)試樣進(jìn)行了皂洗，并對(duì)皂洗后試樣的透濕性能進(jìn)行了測(cè)試，得到結(jié)果如表4所示。

表4 試樣洗滌后的透濕性能Tab.4 Moisture-penetrability of samples after washing

從表4可以看出，試樣經(jīng)過水洗后，透濕性能雖然略有下降，但下降程度不明顯。表明有機(jī)硅與絲織物具有良好的結(jié)合牢度。

3 結(jié) 論

1)以KH560、TEOS為前驅(qū)體，固體酸為催化劑，采用溶膠-凝膠法合成的有機(jī)硅，顆粒直徑在50 nm以下。

2)溶膠中前驅(qū)體的組分對(duì)絲織物的透濕性能和其他性能有明顯的影響，當(dāng)KH560、TEOS、固體酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2 %、2 %、0.05 %時(shí)，絲織物的透濕性能得到了明顯的改善，與未處理的絲織物相比，處理后絲織物的透濕性能提高了50 %以上，且其他性能有所改善或基本不變。

志謝：浙江理工大學(xué)啟新學(xué)院2007級(jí)夏晨薇同學(xué)為本研究做了大量前期探索性實(shí)驗(yàn)，在此表示感謝。

[1]張輝.用恒溫板測(cè)試織物透濕性能[J].絲綢，2006(5)：37-39. ZHANG Hui. Fabric moisture permeable performance test by constant temperature board[J]. Journal of Silk, 2006(5): 37-39.

[2]ZHANG X R, ZHANG L Z, LIU H M, et al. One-step fabrication and analysis of an asymmetric cellulose acetate membrane for heat and moisture recovery[J]. Journal of Membrane Science, 2011, 366(1-2): 158-165.

[3]張懷珠.絲織物與滌綸織物熱濕移動(dòng)性能的比較研究[J]. 浙江絲綢工學(xué)院學(xué)報(bào)，1991，8(1)：1-6. ZHANG Huaizhu. Comparative study of the heat and moisture performance between silk and polyester fabrics[J]. Journal of Zhejiang Institute of Silk Textiles, 1991, 8(1): 1-6.

[4]樓衛(wèi)東.柔軟劑對(duì)BTCA免燙整理棉織物性能的影響[J]. 紡織學(xué)報(bào)，2007，28(5)：89-92. LOU Weidong. Effect of softeners on the durable press fi nishing of cotton fabric with BTCA[J]. Journal of Textile Research, 2007, 28(5): 89-92.

[5]鄭秋生，李龍.純毛織物抗皺整理工藝方法[J].毛紡科技，2009，37(11)：14-16. ZHENG Qiusheng, LI Long. Methods for wrinkle-resistant fi nishing of pure wool fabrics[J]. Wool Textile Journal, 2009, 37(11): 14-16.

[6]姜鳳琴，魏春艷，葉方.大麻織物有機(jī)硅柔軟整理[J].大連輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，26(4)：372-374. JIANG Fengqin, WEI Chunyan, YE Fang. Pliable silicone fi nishing for the hemp fabric[J]. Journal of Dalian Institute of Light Industry, 2007, 26(4): 372-374.

[7]WATT J A C.Water-repellent treatment of textiles with silicones: studies on the mechanisms of two processes [J]. Journal of the Textile Institute Transactions, 1957, 48(6): 175-192.

[8]徐龍彬，傅雅琴，杜明亮.形狀記憶聚氨酯/二氧化硅納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能研究[J].中國(guó)化學(xué)，2011，29(4)：703-710. XU Longbin, FU Yaqin, DU Mingliang. Investigation on structures and properties of shape emory Polyurethane/Silica nanocomposites[J]. Chinese Journal of Chemistry, 2011, 29(4): 703-710.

[9]周愛英，張明杰，張懷珠.真絲織物的力學(xué)性能與服裝外觀的造型性能[J].中國(guó)紡織大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，25(1)：100-107. ZHOU Aiying, ZHANG Mingjie, ZHANG Huaizhu. Relationship between the mechanical properties of pure silk fabrics and dress performance[J]. Journal of China Textile University, 1999, 25(1): 100-107.

Research on silk with high moisture-penetrability based on the treatment of organosilicon

HONG Shao-yan1, WANG Ya-ping2, FU Ya-qing1
(1.College of Materials and Textiles, Zhejiang Sci-Tech University, Hanghzou 310018, China; 2.Guangxi Hua Hong Share Silks & Satins Co., Ltd., Mengshan 546700, China)

To improve the moisture-penetrability of silk, γ-glycidyl ether oxygen propyl-group trimethoxysilane (KH560) and silicic acid ethyl ester (TEOS) are used for presoma. Besides, solid acid p-toluenesulfonic acid is used as catalyst to compound organic silica sol to improve the performance of wrinkle-type silk. This thesis adopts scanning electron microscope, fabric breathable equipment, electronic fabric strength tester and laser tester for fabric cockle elasticity to detect and analyze the moisture-penetrability of the improved silk. According to related results, when both the concentration of TEOS and the concentration of coupling agent are 2 %, the prepared organosilicon can combine with silk better, the moisture-penetrability of silk is improved obviously, other mechanical properties and mechanical properties are improved or remained, which showed that this method is feasible to improve the performance of silk and prepare silk with high moisture-penetrability.

Nanocrystalline silicon; Silk modification; Sol-Gel; Moisture-penetrability

TS195.644

A

1001-7003(2012)07-0006-04

2012-04-10

洪少琰(1989－ )，男，2008級(jí)材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生。通訊作者：傅雅琴，教授，fyq01@zstu.edu.cn。