導(dǎo)水型再生滌綸織物的制備及其性能

劉昀庭， 張紅霞， 賀 榮， 祝成炎， 王浙峰， 徐青藝

(1. 浙江理工大學(xué) “紡織纖維材料與加工技術(shù)”國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室， 浙江 杭州 310018;2. 浙江敦奴聯(lián)合實(shí)業(yè)股份有限公司， 浙江 海寧 314400 )

導(dǎo)水型再生滌綸織物的制備及其性能

劉昀庭1， 張紅霞1， 賀 榮1， 祝成炎1， 王浙峰2， 徐青藝2

(1. 浙江理工大學(xué) “紡織纖維材料與加工技術(shù)”國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室， 浙江 杭州 310018;2. 浙江敦奴聯(lián)合實(shí)業(yè)股份有限公司， 浙江 海寧 314400 )

為改善再生滌綸織物的吸濕速干性能，分別采用質(zhì)量濃度為20、25和30 g/L的NaOH溶液和0.5 g/L的陽離子表面活性劑1227溶液，通過堿減量工藝對(duì)再生滌綸織物進(jìn)行處理。對(duì)織物經(jīng)堿減量處理后的減量率以及表征織物經(jīng)堿減量處理前后吸濕速干性的各指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明：使用質(zhì)量濃度為20 g/L的NaOH溶液進(jìn)行堿減量工藝處理時(shí)織物減量率在15%以下，織物物理性能變化?。唤?jīng)堿減量工藝處理后的織物滴水?dāng)U散時(shí)間明顯降低；吸水率與織物經(jīng)緯向芯吸高度大幅度增加；織物蒸發(fā)速率和單位時(shí)間內(nèi)透濕量均明顯增加；經(jīng)堿減量工藝處理后的再生滌綸織物吸濕速干性能得到明顯提高，且滿足吸濕速干性產(chǎn)品的技術(shù)要求，對(duì)開發(fā)導(dǎo)水型再生滌綸織物有一定的指導(dǎo)意義。

再生滌綸； 堿減量工藝； 減量率； 吸濕性； 速干性

再生滌綸是指以再生聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET聚酯)為主要原料的纖維，通過物理或者化學(xué)方法回收廢棄聚酯瓶片，然后通過紡絲加工成纖維。再生滌綸的使用可改善我國(guó)目前紡織原料短缺現(xiàn)狀，同時(shí)廢物利用的加工方法符合環(huán)保理念，因此再生滌綸織物具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。目前我國(guó)對(duì)再生滌綸織物的應(yīng)用范圍比較狹窄，僅限于織造滌綸面料(棉型)和填充材料2個(gè)主要領(lǐng)域[1]，應(yīng)用于服裝和家紡領(lǐng)域的再生滌綸織物還未普遍，主要因?yàn)樵偕鷾炀]原料來源制備較繁瑣，但是再生滌綸與普通滌綸性能相差不大。再生滌綸和普通滌綸的纖維縱橫截面特征相似，但是再生滌綸強(qiáng)力略低于普通滌綸，且條干不勻率比普通滌綸大，二者吸濕快干性都比較差，這些性能上的不足使得再生滌綸未能得到普遍應(yīng)用[2]；但是再生滌綸相對(duì)于普通滌綸有易改性的優(yōu)勢(shì)，因此通過一定的后處理方法可使再生滌綸織物具有良好的功能性特征。

本文采用堿減量工藝，對(duì)再生滌綸織物進(jìn)行處理，使再生滌綸織物在一定條件下與堿液中的OH-發(fā)生反應(yīng)，在控制織物減量率小于15%的條件時(shí)，對(duì)未經(jīng)處理和處理后織物進(jìn)行吸濕速干性能各指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試分析[3]。探討經(jīng)堿減量工藝處理后織物的吸濕速干性能變化，以期完成吸濕速干再生滌綸織物的制備，并保證處理后織物的吸濕性指標(biāo)和速干性指標(biāo)均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的吸濕速干性產(chǎn)品的技術(shù)要求，從而為開發(fā)吸濕速干性再生滌綸織物提供理論參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

再生滌綸混紡針織物，混紡紗線以氨綸長(zhǎng)絲為芯紗，外包80%再生滌綸和10%天絲纖維，混紡包芯紗線密度為14.6 tex,織物采用緯平針組織織制而成，織物的面密度為190 g/m2?；瘜W(xué)試劑為純堿NaOH、陽離子表面活性劑1227。

1.2 試樣制備

采用REX-C900型電熱恒溫水浴鍋處理試樣，使用堿減量處理工藝對(duì)織物進(jìn)行處理，在進(jìn)行堿減量處理前，將3塊同樣大小的試樣放在恒溫恒濕箱內(nèi)24 h，使織物達(dá)到平衡狀態(tài)后稱取質(zhì)量[4],稱得每塊試樣織物質(zhì)量在15 g左右，根據(jù)試樣質(zhì)量和水浴鍋內(nèi)燒杯的容量確定1∶25的浴比，配制質(zhì)量濃度為20、25和30 g/L的NaOH溶液，將3塊相同大小的試樣編號(hào)為A、B、C試樣，分別向裝有不同質(zhì)量濃度NaOH溶液的燒杯內(nèi)加入0.5 g/L陽離子表面活性劑1227溶液，在水浴鍋溫度達(dá)到100 ℃時(shí)，將A、B、C試樣織物放入，在熱堿溶液中處理30 min后取出，經(jīng)熱水洗滌數(shù)次，直至中和織物表面的堿溶液，使織物表面沒有滑膩感。再用熱定型機(jī)烘干織物，然后將其放入恒溫恒濕室內(nèi)24 h后稱取質(zhì)量。

1.3 織物減量率測(cè)試

織物堿減量處理程度一般用減量率來表示，減量率的大小與織物物理性能、服用性能密切相關(guān)。減量率計(jì)算公式為

式中：S為減量率，%；M為堿減量處理前織物質(zhì)量，g；M0為堿減量處理后織物質(zhì)量，g。

1.4 織物吸濕速干性能測(cè)試

1.4.1 滴水?dāng)U散時(shí)間測(cè)試

取表面平整無褶皺相同大小的尺寸不小于10 cm×10 cm的處理前和處理后試樣各5塊，將其放置在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下調(diào)濕平衡。然后將試樣貼近人體皮膚面朝上水平放置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，用膠頭滴管吸入約0.2 mL 的三級(jí)水，距離試樣表面不超過1 cm的位置滴到試樣表面，觀察水滴擴(kuò)散情況，記錄水滴接觸織物表面至完全擴(kuò)散(織物表面不再出現(xiàn)鏡面反射)所需要的時(shí)間,取處理前、后5塊標(biāo)準(zhǔn)試樣的平均值為織物滴水?dāng)U散時(shí)間。

1.4.2 水分蒸發(fā)速率測(cè)試

取表面平整無褶皺相同大小的尺寸不小于10 cm×10 cm處理前和處理后試樣各5塊，用滴管滴0.2 mL的三級(jí)水于織物表面，然后稱量織物質(zhì)量，將試樣懸掛于標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境中，每隔(5±0.5)min稱量1次質(zhì)量，直至連續(xù)2次稱量質(zhì)量的變化不超過1%則可結(jié)束實(shí)驗(yàn)。織物水分蒸發(fā)量即試樣滴水潤(rùn)濕后質(zhì)量與試樣在滴水潤(rùn)濕后某一時(shí)刻質(zhì)量的差值，取處理前和處理后5塊標(biāo)準(zhǔn)試樣的平均值為織物水分蒸發(fā)量。根據(jù)水分蒸發(fā)量的計(jì)算公式可繪制時(shí)間-蒸發(fā)量曲線，正常的時(shí)間-蒸發(fā)量曲線往往會(huì)在某一時(shí)刻后變化趨于平緩，在該時(shí)刻之前的曲線上求得的最接近直線部分的切線的斜率即為織物水分蒸發(fā)速率。

1.4.3 吸水率測(cè)試

取表面平整無褶皺的尺寸不小于10 cm×10 cm的處理前和處理后試樣各5塊，將試樣放置在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下調(diào)濕平衡，然后放入盛有三級(jí)水的容器內(nèi)，水中浸潤(rùn)5 min后取出，垂直懸掛試樣使水分自然下滴，當(dāng)試樣不再滴水時(shí)稱量，取處理前和處理后的5塊標(biāo)準(zhǔn)試樣洗滌前后吸水率的平均值為織物吸水率，吸水率的計(jì)算公式為

式中：A為吸水率，%；m為試樣浸水不再滴水后的質(zhì)量，g；m0為試樣的原始質(zhì)量，g。

1.4.4 芯吸高度測(cè)試

分別裁取長(zhǎng)邊平行于經(jīng)向和緯向的處理前和處理后織物試樣各6塊，使用毛細(xì)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置按照FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄30 min時(shí)各試樣芯吸高度的最小值，計(jì)算洗滌前后經(jīng)緯向各塊試樣芯吸高度最小值的平均值，以該值判斷織物的芯吸效果。

1.4.5 透濕率測(cè)試

分別裁取直徑為70 mm的未處理織物和處理后織物試樣各2塊，選用YG501D透濕試驗(yàn)儀在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下按照GB/T 12704.1—2009《紡織品 織物透濕性試驗(yàn)方法》進(jìn)行織物的透濕性測(cè)試。向干燥的透濕杯中加入約35 g無水氯化鈣,使無水氯化鈣裝填高度距試樣下表面4 mm左右且成一平面。將試樣測(cè)試面朝上放在透濕杯上，裝上墊圈和壓環(huán)，形成實(shí)驗(yàn)組合體。然后將其放置于規(guī)定溫度和濕度的密封環(huán)境中，根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)實(shí)驗(yàn)組合體質(zhì)量的變化計(jì)算試樣單位時(shí)間內(nèi)的透濕量。試樣透濕量計(jì)算式為

式中:W為透濕量，g/(m2·d)；G為同一實(shí)驗(yàn)組合體2次質(zhì)量稱量之差，g；G0為空白實(shí)驗(yàn)的同一實(shí)驗(yàn)組合體2次質(zhì)量稱量之差，g，不做空白實(shí)驗(yàn)時(shí)G0=0；B為有效實(shí)驗(yàn)面積，本實(shí)驗(yàn)裝置為0.002 83 m2；t為實(shí)驗(yàn)時(shí)間，h。

2 結(jié)果與討論

2.1 織物堿減量工藝處理

堿減量處理滌綸織物是使再生滌綸分子在強(qiáng)堿作用下分子內(nèi)部酯鍵發(fā)生不同程度的水解反應(yīng)，使織物內(nèi)部纖維表面出現(xiàn)凹洞從而改善吸濕快干性。測(cè)試所得堿液質(zhì)量濃度與減量率的關(guān)系如表1所示。

表1 處理后織物減量率測(cè)試結(jié)果Tab.1 Reduction ratio of treated fabrics

從表可看出，隨NaOH溶液質(zhì)量濃度的提高，OH-濃度增加，吸附到纖維表面的OH-量增加，在一定的時(shí)間內(nèi)分子內(nèi)部的水解反應(yīng)加強(qiáng)，織物減量率增加[5]。隨堿液質(zhì)量濃度的提高，織物內(nèi)部纖維表面出現(xiàn)大量凹穴和溝壑狀孔隙，增加了纖維的比表面積，從而提高織物的表面吸濕性；故堿溶液質(zhì)量濃度越高處理后的織物吸濕速干性越好，但是隨著減量率的增加，纖維內(nèi)部被堿剝蝕，纖維變細(xì)，纖維表面產(chǎn)生的凹穴使應(yīng)力集中，使得織物整體強(qiáng)力下降，因此要控制織物減量率在15%以內(nèi)[6]，才能保證在提高織物吸濕快干性的同時(shí)，織物強(qiáng)力下降小，織物質(zhì)量損失小。如表1中試樣A的減量率為12.35%，在15%以內(nèi)，此時(shí)強(qiáng)力下降率最低，織物質(zhì)量損失最小。故選擇質(zhì)量濃度為20 g/L的NaOH溶液對(duì)試樣織物進(jìn)行堿減量工藝處理。

2.2 織物吸濕性能分析

水在織物中的傳輸主要是自由水的傳輸，當(dāng)人體處于有感出汗?fàn)顟B(tài)時(shí),汗液分布在皮膚表面, 這時(shí)通過織物濕傳導(dǎo)的初始狀態(tài)是液態(tài)水，若要使織物與人體之間不產(chǎn)生黏著效應(yīng)，則要保證人體出汗后的液態(tài)水可迅速被織物表面吸收，然后快速蒸發(fā)以保持服裝的干爽[7]?？椢锏奈鼭裥灾饕峭ㄟ^滴水?dāng)U散時(shí)間、吸水率和芯吸高度3個(gè)指標(biāo)來判斷。

2.2.1 織物滴水?dāng)U散時(shí)間和吸水率

滴水?dāng)U散時(shí)間是指水滴接觸試樣至完全擴(kuò)散并滲透織物所需要的時(shí)間，吸水率是指試樣在水中完全浸潤(rùn)后取出至無滴水時(shí)試樣所吸收水分對(duì)試樣原始質(zhì)量的百分率。經(jīng)堿液處理試樣和未被處理試樣的滴水?dāng)U散時(shí)間和吸水率測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 滴水?dāng)U散時(shí)間和吸水率測(cè)試結(jié)果Tab.2 Diffusion time and water absorption results

由表可看出：經(jīng)堿液處理后的再生滌綸織物滴水?dāng)U散時(shí)間大幅度減小，水滴接觸到織物表面后可迅速滲透到織物內(nèi)部。當(dāng)人體處于有感出汗?fàn)顟B(tài)時(shí)，可將汗液迅速帶出體外；而未經(jīng)處理織物由于滴水?dāng)U散時(shí)間較長(zhǎng)，汗液不能迅速被織物吸收而附著在織物表面，從而使得人體與衣服之間產(chǎn)生黏著感，使人感到不適。經(jīng)堿液處理織物吸水率略高于未經(jīng)處理過的織物。

2.2.2 織物毛細(xì)效應(yīng)分析

織物內(nèi)存在許多由間隙孔洞構(gòu)成的毛細(xì)管，當(dāng)織物內(nèi)部纖維形成的毛細(xì)管處于水平位置時(shí),由于毛細(xì)管彎曲面附加引力的作用,可自動(dòng)引導(dǎo)液體流動(dòng)形成芯吸，又稱毛細(xì)效應(yīng)[8]。芯吸是一種維持毛細(xì)管內(nèi)流體遷移的性能，它的大小決定著織物吸水速度的快慢。芯吸高度是度量織物毛細(xì)效應(yīng)的指標(biāo)，是指水通過織物內(nèi)部毛細(xì)管作用，在一定時(shí)間內(nèi)沿織物上升的高度。芯吸高度測(cè)試結(jié)果如表3所示，表中所示織物芯吸高度為各相同試樣測(cè)量所得的平均值。

表3 織物芯吸高度測(cè)量值Tab.3 Wicking height of fabrics cm

從表3可看出，經(jīng)堿減量工藝處理的織物經(jīng)緯向芯吸高度明顯提高，芯吸作用增強(qiáng)，吸水速度增快。再生滌綸織物經(jīng)堿減量工藝處理后，由于織物內(nèi)部基團(tuán)與堿液發(fā)生反應(yīng)使織物內(nèi)纖維間孔隙增大，毛細(xì)管彎曲面附加引力增強(qiáng)，從而促進(jìn)了織物的芯吸作用[9]。當(dāng)人體處于有感出汗?fàn)顟B(tài)時(shí)，由于織物芯吸作用強(qiáng)，故織物可將液態(tài)水迅速吸收以促進(jìn)汗液的排出。

2.3 織物速干性能分析

2.3.1 織物蒸發(fā)速率

織物的蒸發(fā)速率主要表示水分子從織物表面疏散到空氣中的快慢程度，以時(shí)間-蒸發(fā)量曲線上線性區(qū)間內(nèi)單位時(shí)間的蒸發(fā)量來表示，是反映織物蒸發(fā)快慢的重要指標(biāo)，織物的時(shí)間-蒸發(fā)量曲線如圖1所示。

圖1 織物的時(shí)間-蒸發(fā)量曲線Fig.1 Time-evaporation curve of fabrics

由圖可知，經(jīng)堿液處理后的織物和未經(jīng)堿液處理織物水分蒸發(fā)速率分別在0.50 g/h和0.40 g/h左右,處理后織物單位時(shí)間內(nèi)的蒸發(fā)量明顯高于未被處理的織物，且經(jīng)處理后織物蒸發(fā)量趨緩時(shí)間短，相同質(zhì)量的水分通過織物傳輸?shù)娇諝庵泻臅r(shí)短，從而達(dá)到速干的效果。這是因?yàn)榻?jīng)堿減量工藝處理后織物比表面積增加，織物內(nèi)孔隙增多，汗液水分可通過織物纖維內(nèi)增加的孔隙更快地排向織物外表面，然后通過織物外表面的自由毛細(xì)管將汗液水分傳輸?shù)酵獠凯h(huán)境中達(dá)到速干的效果，因此通過比較2種織物的蒸發(fā)速率和單位時(shí)間內(nèi)的蒸發(fā)量可得知，經(jīng)堿液處理后織物水分蒸發(fā)效果好，蒸發(fā)速率高，有較好的速干性能。

2.3.2 織物透濕量

織物透濕量是反映織物熱濕舒適性的一個(gè)重要指標(biāo)，在人體、面料與外部環(huán)境系統(tǒng)之內(nèi)，人體的熱濕舒適性由人體本身散發(fā)的熱量與環(huán)境散失熱量之間的平衡所決定[10]。人體主要是通過皮膚表面汗液的蒸發(fā)來散失熱量，織物透濕量越大，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)透過試樣的水蒸氣質(zhì)量越多，熱量散失越多，速干性能好[11]，熱濕舒適性強(qiáng)。一般用規(guī)定時(shí)間內(nèi)垂直通過單位面積試樣的水蒸氣質(zhì)量來表示透濕量，以該指標(biāo)來衡量織物的速干性能。實(shí)驗(yàn)測(cè)量的透濕量數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 織物透濕量測(cè)試結(jié)果Tab.4 Water vapor permeability of fabrics g/(m2·d)

由表4可知，經(jīng)堿溶液處理織物的透濕量高于未經(jīng)堿溶液處理織物。由于水蒸氣在織物中的傳輸主要通過紗線間的空隙、織物內(nèi)纖維間的空隙和織物表面曲波形成的空隙傳遞。經(jīng)堿減量工藝處理后的織物內(nèi)表面纖維紗線間空隙變大，外表面曲波形成的空隙也變大，因此在同樣時(shí)間內(nèi)通過相同面積處理后織物的水蒸氣質(zhì)量多，處理后織物的透濕量增加，速干性增強(qiáng)，熱濕舒適性好。

3 結(jié) 論

1)在堿減量處理工藝中，隨堿溶液質(zhì)量濃度的提高，織物的吸濕速干性變好，但由于經(jīng)高濃度堿溶液處理后的織物整體強(qiáng)度下降，造成織物整體性能差，因此要選擇適中質(zhì)量濃度的堿溶液進(jìn)行堿減量工藝處理。將再生滌綸面料經(jīng)質(zhì)量濃度為20 g/L的NaOH溶液處理后，織物減量率可控制在15%以下時(shí)，織物的物理性能和質(zhì)量損失較小且織物的吸濕速干性有較好的改善。

2)經(jīng)質(zhì)量濃度為20 g/L的NaOH溶液處理后的再生滌綸織物，面料的吸濕速干性有了明顯改善，表現(xiàn)為織物吸水率高于200%，滴水?dāng)U散時(shí)間小于3 s，最小芯吸高度大于100 mm，蒸發(fā)速率大于0.18 g/h，透濕量大于10 000 g/(m2·d)，因此，使用20 g/L的NaOH溶液通過堿減量工藝處理后的再生滌綸面料，其吸濕性和速干性指標(biāo)均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的吸濕速干性產(chǎn)品的技術(shù)要求。

3)經(jīng)一定質(zhì)量濃度堿液經(jīng)堿減量工藝處理后的再生滌綸織物在減量率控制在15%以下時(shí)，織物物理性能影響不大，但織物吸濕快干性明顯改善，可考慮開發(fā)成一種環(huán)保型可降解吸濕快干再生滌綸紡織品。

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Preparation and performance of moisture wicking recycled polyester fabric

LIU Yunting1, ZHANG Hongxia1, HE Rong1, ZHU Chengyan1, WANG Zhefeng2, XU Qingyi2

(1. ″TextileFiberMaterialsandProcessingTechnology″LocalJointNationalEngineeringLaboratory,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou,Zhejiang310018,China; 2.ZhejiangDunnuUnitedIndustrialCo.,Ltd.,Haining,Zhejiang314400,China)

In order to improve the moisture absorption and quick-drying properties of recycled polyester fabrics, 20, 25 and 30 g/L NaOH solution and a small amount of cationic surfactant 1227 were used to treat recycled polyester fabrics by alkali reduction process. The reduction rate and all indicators for the characterization of moisture absorption and quick-drying properties of treated and untreated fabrics were tested. The testing results of all indicators were analyzed. The results showed that reduction rate is low when using 20 g/L NaOH solution in the alkali reduction process. The physical properties of fabrics have little changed. For treated fabrics, the dripping diffusion time significantly reduced, and water absorption and wicking height of fabrics have substantial increased. The evaporation rate and water vapor permeability in unit time increased obviously. The recycled polyester fabric′s moisture absorption and quick-drying properties improve significantly by the alkali reduction process, and the treated fabrics meet technical requirements of the moisture wicking products.

recycled polyester; alkali reduction process; reduction rate; moisture absorption; quick-drying

10.13475/j.fzxb.20150303705

2015-03-23

2015-11-29

國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)項(xiàng)目(2011DFB51570)

劉昀庭(1991—)，女，碩士生。研究方向?yàn)榧徔椘吩O(shè)計(jì)。張紅霞，通信作者,E-mail：hongxiazhang8@126.com。

TS 156

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