溶膠-凝膠技術(shù)及其在紡織品多功能整理中的運用

張 超

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作天津中心，天津 300300）

1 溶膠-凝膠的制備原理以及改性

1.1 影響溶膠-凝膠反應(yīng)的因素

1.1.1 前驅(qū)體性質(zhì)

金屬甲基醇鹽在水解溶劑過程中的化學(xué)性質(zhì)可能會對金屬醇離子水解半徑、配體電位數(shù)以及離子電負(fù)性產(chǎn)生很大的影響。其中，水解和離子產(chǎn)生縮聚的化學(xué)反應(yīng)運動能力與構(gòu)成金屬醇鹽原子的部分正負(fù)電荷的電位數(shù)量隨著金屬醇鹽原子的增加不斷提高，與部分配體電位數(shù)量有著至關(guān)重要的聯(lián)系。金屬配體原子的部分正離子電荷系數(shù)越大，增加的金屬配體電位數(shù)的反應(yīng)能力越強(qiáng)，其化學(xué)反應(yīng)速度也越快。元素周期表的排序按照從上到下，隨著原子的運動半徑逐漸增大，電負(fù)性逐漸降低，正電荷逐漸增加，最高配位數(shù)也隨之增加，反應(yīng)能力也逐漸增強(qiáng)[1]。

1.1.2 反應(yīng)溫度與時間

在制備溶膠-凝膠的過程中，提升反應(yīng)溫度可以提高醇鹽的水解速率。因此，人們會在水解活性比較低的醇鹽中進(jìn)行加溫操作，達(dá)到縮短反應(yīng)時間的目的。但是，反應(yīng)溫度越高，溶膠的顆粒也會越大。

1.1.3 溶劑

將醇酸鹽作為化學(xué)溶劑的分子時，醇硅酸鹽中的離子可能與將醇作為溶劑分子時的離子相互交換，造成醇鹽發(fā)生熱水解，活性也隨之發(fā)生變化。因此，同一種乙二醇鹽可能由于其選擇的溶劑不同，水解的速率、膠凝時間都發(fā)生了非常大的變化[2]。

由于醇鹽水解反應(yīng)是可逆的，且反應(yīng)產(chǎn)物是醇，醇溶劑的劑量應(yīng)適當(dāng)。如果甲醛加入的劑量過多，可能會對水解反應(yīng)部分造成不可抑制的化學(xué)作用，導(dǎo)致甲醇水解和甲醛膠凝的時間大大延長，進(jìn)而直接導(dǎo)致甲醛濃度大大降低，使已經(jīng)經(jīng)過水解的乙烯醇鹽和水分子之間相互碰撞的概率大大降低，不利于縮聚反應(yīng)。如果直接加入乙醇鹽類溶劑或劑量過少，可能直接導(dǎo)致乙醇鹽酸的濃度相對較高，進(jìn)而直接引起化學(xué)粒子的大量聚集甚至離子沉淀[3]。

1.1.4 催化劑的性質(zhì)與濃度

在硅醇鹽發(fā)生水解的過程中沒有使用催化劑，但是仍然可以發(fā)生水解反應(yīng)，一旦加入催化劑，硅醇鹽水解速率就會提高。催化劑含有可以改變體系的酸堿性物質(zhì)，一般包括鹽酸、氨水、醋酸、氟化鉀、氟化氫以及氫氧化鉀等，其中，鹽酸和水是非常常見的催化劑[4]。

1.1.5 水與金屬醇鹽的量比

金屬醇鹽具備非常強(qiáng)的反應(yīng)活性，可以與眾多試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。水的加入量通常是以水與前驅(qū)體的量比計量，使用符號A表示。加水量越少，醇鹽產(chǎn)物分子被快速水解的各種烷氧離子基團(tuán)可能越少，即其水解后形成的各種羥基基團(tuán)分子數(shù)量較少，該部分與被水解的各種醇鹽產(chǎn)物分子之間，又在發(fā)生縮聚反應(yīng)后形成了交聯(lián)度較低的溶膠產(chǎn)物。相反，比較容易水解產(chǎn)生交聯(lián)度較高的溶膠產(chǎn)物，加水量也和溶膠制備的各種溶膠膠凝黏度以及持續(xù)時間有著緊密的聯(lián)系。當(dāng)溶膠加水量逐漸低于水解黏度的指標(biāo)時，要考慮各種化學(xué)分子劑量因素，隨著溶膠的膠凝黏度逐漸增強(qiáng)，膠凝黏度持續(xù)時間逐漸縮短，縮水凝聚物的各種交聯(lián)度和聚合度都對其加水量有很大的影響，黏度逐漸增強(qiáng)。另外，加水量對橡膠后續(xù)的干燥處理也有非常重要的直接影響，加水量如果過多，可能會直接造成凝結(jié)橡膠的干燥過程收縮以及干燥時的應(yīng)力逐漸增強(qiáng)，導(dǎo)致干燥時間延長。

1.2 溶膠薄膜的改性

1.2.1 化學(xué)改性

共價金屬中的氧化物和有機(jī)體之間產(chǎn)生的金屬共聚反應(yīng)與化學(xué)添加劑形成共價金屬鍵，在此過程中，可以對各種金屬薄膜實現(xiàn)化學(xué)改性。首先，可以通過不同分子前驅(qū)體之間的水解和縮聚反應(yīng)，達(dá)到生物化學(xué)改性的主要目的，例如TEOS與其他金屬醇鹽之間的反應(yīng)。其次，可以使用帶有不同有機(jī)基團(tuán)的三烷氧基硅烷[如R—Si(OC2H5)2]來達(dá)到將溶膠進(jìn)行化學(xué)改性的目的。帶有有機(jī)基團(tuán)的三烷氧基硅烷通過水解以及縮聚反應(yīng)，和二氧化硅基體之間形成共價鍵結(jié)合，然后促使有機(jī)基團(tuán)R結(jié)合到二氧化硅基體上。通過在溶膠薄膜上結(jié)合不同的有機(jī)基團(tuán)，促使紡織品實現(xiàn)多功能整理的作用。

1.2.2 物理改性

通過在制造溶膠彈性薄膜的過程中，將一些作為添加劑的原料進(jìn)行固定，實現(xiàn)對這種溶膠彈性薄膜的物理固定改性，是用于制造多功能彈性紡織品的另外一種常見的加工方式?？梢宰杂蛇x擇水、氧化物、顏料、香精染料、有機(jī)聚合物或者生物分子等，在生物水解后或者在生物前驅(qū)體水解前將其他添加物再次加入，這種加入方式不會對縮聚復(fù)合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生較大的不良影響。主要原因可能是添加物的固定通常不會發(fā)生在縮聚反應(yīng)的初始階段。多項科學(xué)研究成果證明，在無機(jī)和有機(jī)體中加入化學(xué)添加物是一種非常有效的控制方式，同時也比較容易被人操控。

2 溶膠-凝膠技術(shù)在紡織品上的應(yīng)用

2.1 自清潔紡織品的制備

自清潔紡織品的主要制備方式有兩種：一是對織物進(jìn)行三防整理，防止水漬、油污等吸附在織物表面，確?？椢锉３智鍧崰顟B(tài)；二是使用某些方式促使沾染的植物油脂等有機(jī)物自行降解。溶膠-凝膠技術(shù)為自清潔紡織品的制備提供了非常有利的條件。

2.2 染色織物的固色處理

直接分子染料、酸性分子染料的一些分子結(jié)構(gòu)中也含有容易溶于油和水的染料基團(tuán)，主要原因是這些染料分子結(jié)構(gòu)中的一些親水基團(tuán)和溶于水的基團(tuán)對水的親和力比其他染料與紡織品強(qiáng)。因此，使用這類染料進(jìn)行直接染色的紡織品，在遇到水之后，染料非常容易從紡織品上直接轉(zhuǎn)移到水中，因此，這類印染紡織品在潮濕環(huán)境下的色牢度比較差。但是，使用溶膠-凝膠技術(shù)進(jìn)行染色處理之后，可以在印染紡織品表面直接形成一層比較連續(xù)的彩色薄膜，如果這層薄膜比較密實，可以有效防止一些染色織物上的彩色染料分子脫離的異常情況，提高彩色染料的濕牢度。此外，在深色溶膠中添加一些深色染料，可以對一些織物面料進(jìn)行深層著色[5]。

3 結(jié)語

本研究主要闡述了溶膠-凝膠技術(shù)及其在整理紡織品多功能整理中的實際運用，基于溶膠-凝膠技術(shù)原理以及功能改性，從自清潔紡織品的制備和染色織物的固色處理兩個方面進(jìn)行分析。溶膠-凝膠技術(shù)較傳統(tǒng)的溶膠整理制備工藝，能夠更加高效、多功能地整理紡織品，方法簡單且高效，已經(jīng)受到人們的廣泛關(guān)注。隨著研究的不斷深入和延伸，未來會有更多的應(yīng)用，技術(shù)前景廣闊，為國家紡織品的發(fā)展提供了非常大的幫助。