純棉織物接枝HEMA抗皺整理對織物性能的影響

程浩南

（西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，陜西西安710048）

純棉織物以其吸濕透氣、手感柔軟、穿著舒適等優(yōu)點(diǎn)，深受廣大消費(fèi)者的喜愛，但是，棉織物彈性較差、容易起皺、服裝保形性差，直接影響棉織物的服用性能。因此，需要經(jīng)過抗皺整理來滿足消費(fèi)者的需求[1]。傳統(tǒng)的抗皺整理，雖然不同程度提高了織物的抗皺性，但是，整理后對織物其它性能影響較大[1-5]。

原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)(ATRP)是一種活性可控的自由基聚合方法，同傳統(tǒng)表面整理方法相比，表面引發(fā)的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)具有很多優(yōu)點(diǎn)： 反應(yīng)條件溫和；反應(yīng)可控；具有寬廣的單體選擇范圍；可以賦予纖維素某些新性能，同時(shí)又保留纖維素固有的優(yōu)點(diǎn)[6-7]。

本文將甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）利用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合接枝到棉織物上進(jìn)行抗皺整理，探討整理后織物物理性能的變化規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 織物規(guī)格及試劑

市場售純棉織物： 135 g／m2。經(jīng)過退漿、煮練、漂白。純棉織物具體規(guī)格見表1。

將甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）利用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP)接枝到棉織物上進(jìn)行抗皺整理，所用的試劑見表2。

表1 織物規(guī)格

表2 實(shí)驗(yàn)用藥品

1.2 純棉織物的接枝甲基丙烯酸羥乙酯工藝

在圓底燒瓶加入一定量的水和HEMA 溶解→加入催化劑CuBr 和配體PMDETA →棉織物大分子引發(fā)劑→搖勻并密封，將反應(yīng)器抽真空，通入氮?dú)?，反?fù)若干次→置于振蕩水浴鍋中在所需溫度下反應(yīng)一定時(shí)間→先用HCl 浸洗，再用甲醇洗3 次，然后用清水洗凈→80 ℃真空干燥箱烘2 h，冷卻30 min 稱重→進(jìn)行有關(guān)測試。

1.3 測試儀器

1.3.1 織物白度測試儀器

試驗(yàn)儀器與參數(shù)： WSD-III 型全自動(dòng)白度儀（上海慶拓儀器設(shè)備有限公司）。

1.3.2 織物抗皺性能測試儀器

試驗(yàn)儀器與參數(shù): YG (B)41D-T 型全自動(dòng)數(shù)字式織物折皺彈性儀（溫州大榮紡織儀器廠生產(chǎn)）。

1.3.3 織物回潮率測試儀器

試驗(yàn)儀器與參數(shù)： YG747 通風(fēng)式快速八籃烘箱（南通宏達(dá)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)）。

1.3.4 織物透氣性測試儀器

試驗(yàn)儀器與參數(shù)： YG61E／II 數(shù)字式透氣量儀（寧波紡織儀器廠生產(chǎn)）。

1.3.5 織物斷裂強(qiáng)力的測試儀器

試驗(yàn)儀器與參數(shù): HD026 型電子織物強(qiáng)力儀（南通宏達(dá)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)）。

1.4 測試方法

1.4.1 織物白度測試方法

織物白度按GB／T8424.2-2001 紡織品色牢度試驗(yàn)相對白度的儀器評定方法，將織物折成4 層，取不同點(diǎn)測3 次，取平均值。

1.4.2 織物抗皺性能測試方法

按照GB／T3819-1997 紡織品織物折痕回復(fù)性的測定回復(fù)角法，織物經(jīng)、緯方向各取10 塊試樣測定的平均值之和。

1.4.3 織物回潮率測試方法

選取原棉織物和不同增重率的接枝棉織物，在恒定標(biāo)準(zhǔn)條件下平衡24 h，放入鋁盒中減量法稱其質(zhì)量，然后將鋁盒放入烘箱中，105 ℃烘干2 h, 取出鋁盒放入干燥器中冷卻30 min，再稱得其絕對干質(zhì)量，按公式（1）計(jì)算回潮率。

式中：M1—— 干燥前棉織物的質(zhì)量；

M2—— 干燥后棉織物的質(zhì)量。

1.4.4 織物透氣性測試方法

按照GB／T5453-1997，每塊試樣測5 次取平均值。

1.4.5 織物斷裂強(qiáng)力的測試方法

將織物剪成30 cm × 6 cm，拆去條樣的長邊紗線，使條樣的條邊中不含斷紗線，且短邊有效長度為5 cm。將拆好毛邊的織物放入相對濕度為65%的干燥器內(nèi)，室溫平衡12 h 以上，按照GB／T3923-1997 測定，織物經(jīng)、緯方向各取3 塊試樣測定取平均值，拉力100 N。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 接枝HEMA 抗皺整理對白度的影響

表3 HEMA 單體接枝對棉織物白度的影響

從表3 中可以看出，隨著HEMA 單體在純棉織物接枝率的不斷增大，織物的白度呈現(xiàn)有所下降，因?yàn)镠EMA 單體接枝到純棉織物表面以后，當(dāng)對織物進(jìn)行白度測試時(shí)，導(dǎo)致測試光的反射率下降，最終導(dǎo)致織物白度測試下降。但是下降的最大幅度不顯著，因?yàn)镠EMA 單體在純棉織物上接枝率為21.4%時(shí)，織物的白度下降的最大值為6.4%，用肉眼很難從外表上分辨出來。所以，接枝HEMA 單體對純棉織物進(jìn)行抗皺整理對白度影響不顯著。

2.2 接枝HEMA 抗皺整理對抗皺性的影響

表4 HEMA 單體接枝對棉織物抗皺性能的影響

從表4 中可以看出，隨著HEMA 單體在純棉織物接枝率的不斷增大，織物的急彈性回復(fù)角和緩彈性回復(fù)角明顯增加，說明織物的抗皺性得到了明顯提高。因?yàn)镠EMA 接枝到純棉織物上以后，HEMA 與棉纖維上的羥基發(fā)生醋化交聯(lián)反應(yīng), 從而形成交聯(lián)共價(jià)結(jié)合，減少了纖維素大分子的形變，起到了抗皺效果。

2.3 接枝HEMA 抗皺整理對拉伸斷裂強(qiáng)力的影響

表5 HEMA 單體接枝對棉織物斷裂強(qiáng)力的影響

從表5 中可以看出，隨著HEMA 單體在純棉織物接枝率的不斷增大，織物的斷裂強(qiáng)力有微弱下降的趨勢，但強(qiáng)力保持率均在96.8%以上。這是因?yàn)槊蘩w維具有超分子結(jié)構(gòu)，棉纖維強(qiáng)力與取向度和結(jié)晶度有密切關(guān)系，并且棉纖維有較高的聚合度，其非結(jié)晶區(qū)只占30%左右[8]。利用ATRP 將HEMA 接枝到純棉織物上，接枝反應(yīng)主要發(fā)生在纖維的非結(jié)晶區(qū)，基本沒有破壞纖維的骨架，接枝前后棉纖維的結(jié)晶結(jié)構(gòu)基本沒有變化。所以織物的拉伸斷裂強(qiáng)力幾乎沒有太大變化。

2.4 接枝HEMA 抗皺整理對回潮率的影響

表6 HEMA 單體接枝對棉織物回潮率的影響

從表6 中可以看出，隨著HEMA 單體在純棉織物接枝率的不斷增大，織物的回潮率有微小的下降，沒有太大的變化。這是因?yàn)镠EMA 接枝主要發(fā)生在棉纖維大分子的無定型區(qū)，雖然會(huì)封閉棉纖維大分子上的一些親水性基團(tuán)，使織物的吸濕性能降低，但是，棉纖維的非結(jié)晶區(qū)較小，所以不會(huì)對織物吸濕性產(chǎn)生較大影響。除此之外，HEMA 單體本身含有大量的極性基團(tuán)，還會(huì)對織物吸濕性的損失起到一定程度的補(bǔ)償。

2.5 接枝HEMA 抗皺整理對透氣性的影響

表7 HEMA 單體接枝對棉織物透氣性的影響

從表6 中可以看出，隨著HEMA 單體在純棉織物接枝率的不斷增大，織物的透氣性有所下降，但是下降幅度很小。這是因?yàn)榭椢锿笟庑允芸椢镏屑喚€交織點(diǎn)所形成的空隙的數(shù)量和大小的影響，當(dāng)其它條件確定時(shí)，織物中紗線交織點(diǎn)所形成的空隙數(shù)量越多，空隙越大，織物的透氣性越好。HEMA 單體接枝在棉織物表面，隨著純棉織物接枝率的增加，織物中紗線交織點(diǎn)所形成的空隙變小，導(dǎo)致織物透氣性能有所下降。

3 結(jié)論

（1）經(jīng)接枝HEMA 抗皺整理的純棉織物的急彈性回復(fù)角和緩彈性回復(fù)角明顯增加，說明織物的抗皺性能得到明顯提高。

（2）經(jīng)接枝HEMA 抗皺整理的純棉織物的斷裂強(qiáng)力、白度、回潮率和透氣率都有略微變化，但是，織物其它性能基本保持不變。

（3）利用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合將甲基丙烯酸羥乙酯接枝到純棉織物上進(jìn)行抗皺整理是可行的，但是，該工藝還沒有大量應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，仍需要進(jìn)行大量相關(guān)的工藝探討。

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