滌綸織物超疏水有機(jī)硅改性硅溶膠的制備及應(yīng)用

滌綸織物超疏水有機(jī)硅改性硅溶膠的制備及應(yīng)用

0有機(jī)硅改性硅溶膠的制備超稀疏水表面通常是指與水接觸的面積大于150的表面。本課題以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)為前驅(qū)體,在水溶液中通過(guò)水解縮合反應(yīng)制備單分散有機(jī)雜化硅溶膠,用N-(β-氨乙基)亞氨丙基側(cè)鏈改性氨基硅油(NAASO)對(duì)其改性,通過(guò)一步法制備有機(jī)硅改性硅溶膠,并將其用于滌綸織物仿生超疏水整理。1測(cè)試1.1氨基處理試劑織物滌綸機(jī)織物(市售)試劑甲基三甲氧基硅烷(MTMS,分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司),N-(β-氨乙基)亞氨丙基側(cè)鏈改性氨基硅油(NAASO,工業(yè)級(jí),蘇州聯(lián)勝化工有限公司),氨水(分析純,無(wú)錫市展望化工試劑有限公司),乳化劑AEO-3、乳化劑AEO-7、十二烷基硫酸鈉(SDS)(均為化學(xué)純,浙江皇馬化工集團(tuán))1.2有機(jī)硅改性硅溶膠的制備將MTMS和相對(duì)其質(zhì)量6%的乳化劑(AEO-3、AEO-7和SDS復(fù)配)加入到100mL蒸餾水中,使用高速剪切分散乳化機(jī)剪切10min,均勻分散后,倒入裝有磁力攪拌器和溫度計(jì)的250mL四口圓底燒瓶中,置于40℃的水浴中恒溫加熱,在攪拌條件下逐滴加入氨水,水解4h后,再向反應(yīng)體系中滴加一定量的NAASO,繼續(xù)恒溫?cái)嚢?h,得到有機(jī)硅改性硅溶膠。反應(yīng)式如下:(1)制備硅溶膠中間體的反應(yīng)式:1.3溫度浸漬整理液(二浸二軋,軋余率70%)→預(yù)烘(100℃,5min)→焙烘(150℃,2min)→恒溫恒濕24h(溫度20℃,相對(duì)濕度40%)1.4測(cè)試1.4.1紅外光譜KBr壓片法制樣,采用智能型傅里葉紅外光譜儀進(jìn)行測(cè)試。1.4.2x射線光電子能譜分析用PHI-5400型X光電子能譜儀對(duì)整理前后織物表面元素進(jìn)行分析。1.4.3掃描電子顯微鏡將纖維樣品用導(dǎo)電膠固定在樣品臺(tái)上,噴金后用冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡觀察滌綸纖維表面。1.4.4粒數(shù)用ZS90納米粒徑電位分析儀對(duì)合成的有機(jī)硅改性硅溶膠進(jìn)行測(cè)試。1.4.5接觸角用接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)定,液滴體積5μL,每個(gè)織物測(cè)定5次,取平均值。1.4.6稀疏水性能參照AATCC22—2005《紡織品拒水性測(cè)試噴淋法》測(cè)試,與標(biāo)樣對(duì)照評(píng)級(jí)。1.4.7耐洗性能參照AATCC61—2007《耐洗色牢度:加速》中1A方法進(jìn)行測(cè)試。1.4.8斷裂力參照GB/T3923.1—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)定條樣法》進(jìn)行測(cè)試。1.4.9柔軟度參照Z(yǔ)BW04003—1987《織物硬挺度試驗(yàn)方法斜面懸臂法》,在M507織物自動(dòng)硬挺度測(cè)試儀上進(jìn)行測(cè)試。1.4.10刻度參照GB/T8424.2—2001《紡織品色牢度試驗(yàn)相對(duì)白度的儀器評(píng)定方法》,采用WSB-2型數(shù)顯白度儀進(jìn)行測(cè)試。2結(jié)果與討論2.1改變硅溶膠的粒徑和織物的蜀水效果的影響因素2.1.1mtms用量N-(β-氨乙基)亞氨丙基側(cè)鏈改性氨基硅油(NAASO)質(zhì)量濃度為10g/L,pH值為8.5時(shí),改變甲基三甲氧基硅烷(MTMS)質(zhì)量濃度,其對(duì)改性硅溶膠粒徑及整理后滌綸織物疏水性的影響見(jiàn)表1。由表1可知,隨著MTMS質(zhì)量濃度的增加,改性硅溶膠粒徑逐漸增大。這是因?yàn)榉磻?yīng)體系中MT-MS質(zhì)量濃度增大時(shí),水解形成硅溶膠粒子數(shù)量增多,彼此相互作用縮合的概率增加,導(dǎo)致顆粒增長(zhǎng)期延長(zhǎng),從而易聚集形成較大的硅溶膠粒子,使硅溶膠的平均粒徑有所增大。而將改性硅溶膠整理到織物上,隨著MTMS用量的增加,接觸角及疏水等級(jí)逐漸增大,但當(dāng)MTMS質(zhì)量濃度為60g/L以上,接觸角和疏水等級(jí)開始減小。這可能是因?yàn)镸T-MS水解形成的硅羥基與NAASO的羥基縮合,在纖維中引入低表面能物質(zhì),同時(shí)形成具有疏水性的Si—O—Si健,提高了疏水性。但MTMS用量過(guò)高時(shí),硅溶膠表面還有多余的硅羥基,使疏水性降低。因此,MTMS質(zhì)量濃度以60g/L為好。2.1.2naaso質(zhì)量濃度當(dāng)甲基三甲氧基硅烷(MTMS)的質(zhì)量濃度為60g/L,pH值為8.5時(shí),改變N-(β-氨乙基)亞氨丙基側(cè)鏈改性氨基硅油(NAASO)質(zhì)量濃度,其對(duì)改性硅溶膠粒徑及整理后滌綸織物疏水性的影響見(jiàn)表2。由表2可知,隨著NAASO質(zhì)量濃度的加大,改性硅溶膠粒徑增大,接觸角和疏水等級(jí)先增大后減小。當(dāng)NAASO質(zhì)量濃度為10g/L時(shí),滌綸織物表面與水的接觸角為151.2°,達(dá)到超疏水表面要求。這是因?yàn)镸TMS水解生成許多羥基,而加入NAASO,利用羥基之間的相互作用,消除硅溶膠與NAASO上的親水基團(tuán),形成有機(jī)硅改性硅溶膠;并且NA-ASO為低表面能物質(zhì),使疏水性提高。但當(dāng)NA-ASO質(zhì)量濃度增加到20g/L時(shí),接觸角和疏水等級(jí)明顯下降。這是由于NAASO表面能較低,若其用量過(guò)高,自身疏水的NAASO難以進(jìn)入膠束參與縮合反應(yīng),影響體系的穩(wěn)定性,使得疏水性能下降。綜上,NAASO質(zhì)量濃度以10g/L為好。當(dāng)MTMS質(zhì)量濃度為60g/L,NAASO質(zhì)量濃度為10g/L時(shí),整理液pH值對(duì)改性硅溶膠粒徑及整理后滌綸織物疏水性的影響見(jiàn)表3。由表3可知,改性硅溶膠粒徑隨pH值的增大先減小后增加。氨水對(duì)整理后滌綸織物的疏水性也有顯著影響。未加入氨水時(shí),改性硅溶膠極不穩(wěn)定,整理后滌綸織物疏水等級(jí)只有50分,但pH值為8.5時(shí),整理后滌綸織物具有超疏水效果,接觸角為150.7°,此時(shí)疏水性能達(dá)到最高等級(jí)100分。這是因?yàn)榘彼昧吭黾?溶液中OH2.2用硅改性硅溶膠的紅外光譜如圖1所示,在2963、2872cm2.3整理前后滌綸織物表面元素的變化有機(jī)硅改性硅溶膠對(duì)滌綸織物進(jìn)行超疏水整理,采用X射線光電子能譜儀(XPS)分析整理前后滌綸織物表面的元素變化,如圖2所示。由圖2可知,與未整理滌綸織物相比,整理后滌綸織物的XPS譜圖多出Si的2s和2p峰。說(shuō)明經(jīng)有機(jī)硅改性硅溶膠整理后的滌綸織物表面有Si元素存在,即改性硅溶膠已沉積在滌綸織物表面。2.4纖維表面粗糙度結(jié)構(gòu)的測(cè)定通過(guò)掃描電鏡對(duì)超疏水整理前后滌綸纖維表面形態(tài)進(jìn)行觀察,結(jié)果如圖3所示。由圖3可見(jiàn),整理前后滌綸纖維的表面粗糙度發(fā)生明顯變化。經(jīng)過(guò)有機(jī)硅改性硅溶膠整理的纖維表面有明顯乳突狀的粗糙結(jié)構(gòu),且乳突粒徑大小有所差異,與荷葉表面的微結(jié)構(gòu)相似,盡管沒(méi)有荷葉表面粗糙結(jié)構(gòu)分布均勻,但是在纖維表面也形成了一定的粗糙結(jié)構(gòu),空氣會(huì)存在于粗糙結(jié)構(gòu)之間,在表面形成一層穩(wěn)定的氣體薄膜,水珠無(wú)法進(jìn)入,使纖維表面具有疏水性。整理后經(jīng)過(guò)20次皂洗,滌綸纖維表面仍具有一定的粗糙結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)镹-(β-氨乙基)亞氨丙基側(cè)鏈改性氨基硅油在纖維表面易鋪展成膜,使合成的有機(jī)硅改性硅溶膠與滌綸纖維的牢度增加,具有較好的耐洗性。2.5超疏水性能提高滌綸織物的接觸角由圖4可知,未整理的滌綸織物表面很快被水潤(rùn)濕。而經(jīng)有機(jī)硅改性硅溶膠整理的滌綸織物接觸角為151.2°,接觸角明顯增大。這是因?yàn)镹AASO上的羥基與硅羥基相互作用,形成Si—O—Si鍵,消除了硅羥基。并且NAASO具有較低的表面張力及在織物表面易鋪展成膜的性能,使滌綸織物具有超疏水效果。將有機(jī)硅改性硅溶膠整理的滌綸織物皂洗20次后,接觸角仍可達(dá)到131.5°,具有較好的耐洗性。2.6整理后滌綸織物的物理性能滌綸織物采用有機(jī)硅改性硅溶膠進(jìn)行超疏水整理,整理前后及整理后經(jīng)20次皂洗滌綸織物的主要物理性能見(jiàn)表4。由表4可知,有機(jī)硅改性硅溶膠整理后,滌綸織物各項(xiàng)物理性能保持良好。斷裂強(qiáng)力和白度變化較小,說(shuō)明有機(jī)硅改性硅溶膠基本不影響滌綸織物的強(qiáng)力和白度。但整理后滌綸織物的彎曲剛度有所下降,即柔軟性增加。這主要是N-(β-氨乙基)亞氨丙基側(cè)鏈改性氨基硅油獨(dú)特的性能使整理后的滌綸織物擁有柔軟的手感。有機(jī)硅改性硅溶膠整理后的滌綸織物皂洗20次后,斷裂強(qiáng)力、彎曲剛度和白度變化不大,說(shuō)明有機(jī)硅改性硅溶膠整理的滌綸織物具有較好的耐洗性。3有機(jī)硅改性硅溶膠整理織物(1)當(dāng)甲基三甲氧基硅烷質(zhì)量濃度為60g/L,N-(β-氨乙基)亞氨丙基側(cè)鏈改性氨基硅油的質(zhì)量濃度為10g/L,整理液pH值為8.5時(shí),在乳化劑的作用下,制備的有