饰品之家讯：含氟整理剂用于织物整理可提供优异的拒水拒油性能.[1-2]目前,市售含氟整理剂大部分为含氟丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯类聚合物,这些含氟整理剂中的聚合物侧链上氟碳链起到了降低表面自由能、改善表面疏水疏油性能的作用.不同含氟烷基侧链的整理剂用于织物整理后对纤维包裹所产生的屏蔽作用也不尽相同.含氟烷基所提供的低表面能作用与其空间立体结构、氟烷基链长短和氟含量大小等有关.一般认为,随着氟碳链长度增加,其表面屏蔽作用逐渐增强,具有8个碳原子的直链全氟烷基(即全氟辛基)可使材料表面能因氟原子迁移、富集、饱和而达到最低.然而,由于全氟辛基磺酰基类化合物(PFOS)和全氟辛酸铵(PFOA)等长碳链全氟化合物很难降解,存在迁移性和累积毒性等缺陷,欧盟已经全面禁止生产和使用,美国和日本也即将停止生产含有全氟辛基的助剂和制品.[3-5]面对全球禁用PFOS的趋势,短氟链型助剂[6-8]研制已经成为当前含氟整理剂研究的热点.本文对比了3种不同氟烷基结构的短氟链聚丙烯酸酯乳液用于织物整理的功效.

1试验

1.1材料和仪器

织物:100%纯棉退浆煮练后织物,整理前均经彻底清洗.试剂:丙烯酸六氟丁酯共聚物(PFA1)、丙烯酸八氟戊酯共聚物(PFA2)和甲基丙烯酸十二氟庚酯共聚物(PFA3)(聚合物氟含量分别为25%、28%、31%、34%、37%、40%).

仪器:S3800型扫描电镜(SEM)(日本日立公司),X'Pert-ProMPD型X-射线多晶衍射仪(荷兰帕纳科公司),YG026B型电子织物强力仪、YG542A型折皱弹性仪(常州第二纺机厂),WD-5型全自动白度计(北京兴光测色仪器公司),YB813型沾水度测定仪(温州大荣纺织标准仪器厂),YG(B)461D数字式织物透气仪(温州大荣纺织仪器有限公司).

1.2整理工艺

二浸二轧(轧余率90%)→预烘(110℃,3min)→焙烘(150~180℃,3min).

1.3性能测试

拒水性:根据AATCC-22标准,在织物沾水度测定仪上测试,用标准沾湿卡评分;白度:分别以黑阱和涂有钛白粉的瓷片作为标准黑板和白板,在白度计上测定,黑阱的白度记为0,标准白板的白度记为100.测量5次,取平均值;强力:根据GB/T3923.1-1997,在电子织物强力仪上测定,测量3组取平均值;折皱回复角:按照GB/T15552-1997,在折皱弹性仪上测试,经、纬向各测3次,取平均值;透气性:按照GB/T5453-97,在数字式织物透气仪上测试.

2结果与讨论

2.1整理工艺条件对织物拒水拒油效果的影响

2.1.1焙烘温度

由图1可看出,焙烘温度越高,织物的拒水性能越好.因为在焙烘过程中,温度过低不能保证整理剂与织物发生化学键合,也不利于整理剂分子间交联成膜.且随着温度升高,焙烘时整理剂的分子热运动加快,含氟基团就更容易迁移到表面形成致密的疏水层,达到更好的拒水性能.通常,棉织物整理时焙烘温度为150~180℃.但温度太高会破坏棉纤维的结构,影响织物的强力和白度等,因此,选用焙烘温度为170℃,并且用于指导PFA2和PFA3整理剂乳液对棉织物的整理.

2.1.2聚合物氟含量

不同含氟乳液整理剂拒水拒油整理效果见表1.

由表1的接触角数据可看出,经整理后的棉织物接触角随着聚合物氟含量的增加而增大,但增大到一定程度时反而会有所降低当氟含量为34%时,整理效果最佳.由拒水拒油等级可以看出,PFA3的拒水效果最好,拒水性最高可以达到90分,而且还有一定的拒油性.经PFA1和PFA2整理的织物拒水性最高只能达80分,这与含氟丙烯酸酯单体的结构有关.PFA3的氟碳链最长,且末端基团为—CF3,因此拒水效果最好.

2.1.3整理剂用量

由图2可知,经3种整理剂整理后的织物拒水性能都随着整理剂用量增大而提升.但用量大于80g/L时,继续提高整理剂用量,织物的拒水性能不再提升.通常认为织物表面氟的富集程度达到饱和时,拒水性能会达到最大值.因此,整理剂的最佳用量为80g/L.

2.2整理前后织物性能变化

2.2.1白度

由表2可知,整理后棉织物白度都略有降低.其中经PFA3整理前后织物白度基本不变,且各种氟含量的PFA3整理棉织物的白度都较相应的PFA2和PFA1整理棉织物高.

2.2.2折皱回复角和拉伸断裂强力

由表3可以看出,所有经过整理的棉织物拉伸断裂强力普遍提高,且随着聚合物氟含量的增加,整理织物的强力也随之提高;整理后棉织物急弹性回复角降低幅度较大,其中PFA1和PFA3整理后下降较多,这可能与PFA1和PFA3中含氟单体上的甲基有关.含氟烷基的甲基丙烯酸酯在形成的共聚物结构中,侧基上甲基由于较大的立体位阻而增加了聚合物主链的内旋转难度,从而在纤维表面成膜时提供的表面膜更加刚性,导致整理织物的手感变硬.研究表明,聚合物氟含量越高,织物手感越硬.

2.2.3透气性

聚合物氟含量对织物透气性的影响见图3.

由图3可以看出,与未整理棉织物(透气率为480mm/s)相比,不同氟含量的PFA1、PFA2和PFA3乳液整理后的棉织物透气性都随着聚合物氟含量的增加而下降,其中经PFA3处理的棉织物透气性最差.透气性变差主要是因为整理后的织物表面覆盖了一层含氟聚合物薄膜.

2.2.4耐水洗性

由表4接触角和拒水性数据可看出,经水洗后,整理棉织物的拒水性有所下降,这是洗涤后纤维上形成的拒水膜移动或错位所致.但水洗后整理织物拒水性能下降不大,说明3种整理剂乳液都具有一定的耐水洗性.

2.3整理前后纤维的结构表征

2.3.1扫描电镜

由图4可知,未整理的棉纤维表面比较粗糙,有明显的褶皱.整理后的棉纤维表面变得比较光滑,褶皱弱化甚至完全消失,这是整理后含氟共聚物在棉纤维表面形成一层均匀的薄膜,使棉纤维特有的天然表面形貌被覆盖的缘故.

2.3.2XRD分析

图5表明,整理前后棉纤维的X射线衍射曲线的形状基本相同,衍射峰所对应的衍射角也几乎不变.这说明含氟整理剂整理未导致棉纤维内部聚集态结构发生变化.

3结论

(1)3种整理剂对棉织物的最佳整理工艺为:二浸二轧(聚合物氟含量34%,整理剂80g/L,轧余率90%),110℃预烘3min,170℃焙烘3min,用该工艺整理的织物具有较好的拒水拒油效果.

(2)PFA3整理的棉织物拒水效果最好,拒水性最高达90分,且具有耐水洗性.

(3)从整理织物的综合性能看,经3种含氟聚丙烯酸酯乳液整理后棉织物的拉伸断裂强力普遍提高,白度略微下降.

参考文献:

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[2]LUNKWITZK,BUERGERW,LAPPANU,etal.Surfacemodificationoffluoropolymers[J].JournalofAdhesionScienceandTechnology,1995,9(3):297-310.

[3]张庆华.含氟丙烯酸酯共聚物乳液的合成与表征[D].浙江大学博士学位论文,2007.

[4]宋适,张永明,刘燕刚.聚合物型含氟整理剂的研究进展[J].日用化学工业,2004,34(5):300-303.

[5]王亮,姜文军.含氟织物整理剂概况[J].氟化工,2003,10(5):4-7.

[6]李中华,孟卫东.新型含氟聚丙烯酸酯的合成及其在棉织物上的应用[J].东华大学学报,2009,35(5):547-549.

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