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定型機(jī)之有機(jī)硅柔軟劑在不同織物上的熱遷移規(guī)律

發(fā)布時(shí)間：2022-08-04 點(diǎn)擊：

定型機(jī)、涂層機(jī)專業(yè)生成廠家無錫前洲興華機(jī)械2022年8月4日訊 為探索有機(jī)硅柔軟劑在滌綸織物和棉織物上的熱遷移規(guī)律，采用法寶儀（PhabrOmeter3 織物風(fēng)格儀）分別測(cè)試了柔軟整理前后滌綸織物和棉織物手感的變化，并測(cè)試了親水性。通過對(duì)織物手感隨定型溫度及時(shí)間變化程度的定量化表征，判斷有機(jī)硅在不同織物上的熱遷移程度差異。結(jié)果表明，升高熱處理溫度，延長(zhǎng)熱處理時(shí)間均可使柔軟整理后滌綸織物和棉織物的手感提升，但親水性下降。熱處理時(shí)有機(jī)硅柔軟劑有向織物表面遷移的趨勢(shì)，同等條件下在滌綸織物上遷移的程度顯著大于棉織物。

作者：繆華麗，時(shí)春華，周暉，吳彬

傳化智聯(lián)股份有限公司

有機(jī)硅柔軟劑由于特殊的聚二甲基硅氧烷結(jié)構(gòu)，可賦予整理織物優(yōu)良的滑爽性和柔軟性，且合成過程基本無毒、無環(huán)境污染，成本合理，已廣泛應(yīng)用于純棉、蠶絲、羊毛及滌綸等多種紡織品的后整理加工，成為紡織上應(yīng)用廣、柔軟性能好、效果最突出的一類柔軟劑。

有機(jī)硅柔軟劑的相關(guān)探索研究離不開手感評(píng)價(jià)指標(biāo)。由于手感的復(fù)雜性，主觀評(píng)價(jià)仍是較為普遍的評(píng)價(jià)方式，但是主觀評(píng)價(jià)無法定量化的缺陷在一定程度上限制了對(duì)布面柔軟助劑分布狀態(tài)以及作用規(guī)律的研究。在本課題組的前期研究中，通過使用法寶儀實(shí)現(xiàn)了對(duì)滌綸織物手感風(fēng)格的量化表征。本實(shí)驗(yàn)將該表征手法運(yùn)用于探索熱處理對(duì)有機(jī)硅在布面遷移規(guī)律的影響，將滌綸織物、棉織物及浸軋不同柔軟劑后的織物分別在不同定型溫度下熱處理，根據(jù)法寶儀測(cè)試織物手感特征值及親水性的變化，了解熱處理對(duì)柔軟整理后滌綸織物和棉織物性能的影響，探究不同熱處理?xiàng)l件下有機(jī)硅在不同織物上的作用方式和遷移規(guī)律。

實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

織物：滌綸米西?。?49 g/m 2 ），棉斜紋（138 g/m 2 ）。

試劑：有機(jī)硅柔軟劑氨基硅油 TF-438、嵌段聚醚氨基改性硅油 TF-463（不含乳化劑，傳化智聯(lián)股份有限公司）。

儀器：電子天平［梅特勒-托利多（上海）有限公司］，VM-1A-600型軋車、PT-1A定型機(jī)（日本遷井），法寶儀（PhabrOmeter3 織物風(fēng)格儀）。

1.2 柔軟整理工藝

配制工作液→常溫浸軋有機(jī)硅柔軟劑→定型（130~210 ℃，90 s），冷卻。

1.3 測(cè)試

將經(jīng)過柔軟整理的織物在恒溫恒濕［（20±2）℃，相對(duì)濕度（65±3）%］環(huán)境中放置24 h后分別進(jìn)行手感風(fēng)格與親水性測(cè)試。

手感風(fēng)格：將織物在距布邊5 cm處裁取6塊直徑約 12 cm的圓形試樣采用法寶儀進(jìn)行測(cè)試。本實(shí)驗(yàn)所用滌綸米西丁及棉斜紋屬于輕織物（L為 280~1 200μg/cm），故測(cè)試時(shí)在試樣上放 2個(gè)壓盤。法寶儀測(cè)試項(xiàng)目：載荷-位移曲線及曲線特征性，手感特性（包括韌度、軟度、滑度、峰面積），懸垂系數(shù)，相對(duì)手感值。

親水性：用橡皮筋將待測(cè)織物固定在燒杯口，使其無褶皺、無扭曲，從距布面約 1.0 cm處滴一滴去離子水于織物表面，立即用秒表計(jì)時(shí)，記錄水滴鏡面反射消失所需的時(shí)間，即潤(rùn)濕時(shí)間。每塊織物至少測(cè)試5 個(gè)有代表性的點(diǎn)，計(jì)算平均時(shí)間。潤(rùn)濕時(shí)間越短，織物親水性越好。

結(jié)果與討論

2.1 法寶儀測(cè)試結(jié)果精確性分析

為保證法寶儀測(cè)試結(jié)果的精確性，利用法寶儀對(duì)經(jīng)相同量TF-438及相同焙烘溫度處理后的滌綸織物進(jìn)行 6 次重復(fù)測(cè)試，每次平行測(cè)試試樣數(shù)量為 6塊，計(jì)算各手感特征參數(shù)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），以判斷殘留助劑是否對(duì)測(cè)試結(jié)果存在干擾。以未經(jīng)柔軟處理的滌綸織物測(cè)試結(jié)果作為對(duì)照，一般RSD 小于3％則說明測(cè)試結(jié)果可靠。

由表 1 可以看出，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）都在 3%以內(nèi)，數(shù)據(jù)重復(fù)性良好。高用量（30 g/L）TF-438 整理后滌綸織物測(cè)試結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差并不比原布大，說明即使法寶儀測(cè)試面上有一定的助劑殘留，對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響也較小。

排除儀器本身和助劑殘留對(duì)測(cè)試結(jié)果帶來的誤差，可將數(shù)據(jù)誤差分析的方法用于分析熱處理?xiàng)l件改變后測(cè)試結(jié)果的變化。若不同熱處理?xiàng)l件下測(cè)試結(jié)果之間的差異（相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差）大于表1 中的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值，則說明這種差異是由于熱處理?xiàng)l件的改變引起的。

2.2 熱處理溫度對(duì)手感特征值的影響

2.2.1 滌綸織物

采用法寶儀測(cè)試了不同熱處理溫度下經(jīng)不同用量 TF-438 及 TF-463 處理后滌綸織物的手感特征值和峰面積，并計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。以未經(jīng)柔軟處理的滌綸織物測(cè)試結(jié)果作為對(duì)照。

圖 1 中，柔軟整理后織物在不同熱處理溫度下手感特征值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差顯著大于表1 中的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，說明測(cè)試結(jié)果的變化是由織物本身性能的變化所引起，而非儀器誤差。即經(jīng)柔軟處理的滌綸織物，隨著熱處理溫度的變化，其手感顯著變化。

由圖 1a可知，隨著定型溫度的升高，滌綸原布的韌度變化不大，而經(jīng)有機(jī)硅柔軟劑處理后，滌綸織物的韌度隨定型溫度的升高而逐漸降低，即定型溫度升高有助于滌綸織物軟度的提高。這種性能的改變是由有機(jī)硅柔軟劑受熱后在布面的分布或與布面的作用發(fā)生變化所引起。為降低附著在織物上的有機(jī)硅柔軟劑分子的表面能，熱力學(xué)上具有向纖維表面遷移的趨勢(shì)，而高溫定型有利于提升分子鏈的運(yùn)動(dòng)能力，進(jìn)一步在動(dòng)力學(xué)上促進(jìn)了該遷移趨向的表達(dá)，使得聚硅氧烷鏈段最大限度地遷移到纖維表面，從而提高織物的手感。

由圖 1b可知，當(dāng)定型溫度小于180 ℃時(shí)，原布的軟度基本不隨定型溫度發(fā)生改變，經(jīng)有機(jī)硅柔軟劑處理試樣的軟度稍有提高。當(dāng)定型溫度大于 180 ℃時(shí)，過高的定型溫度使滌綸原布發(fā)生熱收縮，導(dǎo)致滌綸織物緊實(shí)，發(fā)硬，蓬松性下降，軟度（豐滿性）下降明顯。當(dāng)滌綸織物經(jīng)有機(jī)硅柔軟劑整理后，由于有機(jī)硅本身良好的熱穩(wěn)定性，對(duì)滌綸織物起到了一定的保護(hù)作用，顯著地減小了熱處理對(duì)滌綸織物的影響。有機(jī)硅柔軟劑用量越高，熱處理對(duì)滌綸原布的影響越小，即高溫下織物的手感主要取決于有機(jī)硅鏈段的排布狀態(tài)，滌綸織物的手感隨定型溫度升高而提升。同時(shí)也表明，在熱處理溫度較高時(shí)，有機(jī)硅鏈段熱運(yùn)動(dòng)加劇，鏈段趨表和反轉(zhuǎn)程度明顯，對(duì)手感的提升才能發(fā)揮作用。

由圖 1c可知，高溫下，滌綸原布的滑度大幅度提升，源于熱收縮后織物結(jié)構(gòu)變得緊實(shí)，表面平整性提高。有機(jī)硅柔軟劑處理后，高溫對(duì)滌綸織物的影響顯著緩解，所以滑度隨定型溫度的改變變化不大。

峰面積反映織物通過測(cè)試環(huán)所需的能量。峰面積越小，表明試樣通過測(cè)試環(huán)所需能量越小，即手感越好。從圖 2可以看出，熱處理溫度大于180 ℃時(shí)，滌綸原布的綜合手感會(huì)有顯著的下降。而有機(jī)硅柔軟劑處理后，滌綸織物的綜合手感隨著定型溫度的升高而逐漸提高。綜上所述，熱處理有助于有機(jī)硅柔軟劑分子的遷移或鏈段的有序規(guī)整排列，從而使織物手感提高。

2.2.2 棉織物

采用法寶儀測(cè)試了不同定型溫度下經(jīng)不同用量TF-438 及 TF-463 處理后棉織物的手感特征值和峰面積，并計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。以未經(jīng)柔軟處理的棉織物測(cè)試結(jié)果作為對(duì)照。圖 3a~圖 3d中，定型溫度對(duì)棉織物原布手感的影響較小，有機(jī)硅柔軟劑處理后，棉織物在不同定型溫度下的變化較為規(guī)律，隨著熱處理溫度的升高， TF-463、TF-438 處理棉織物的韌度逐漸下降（韌度變化最為顯著），軟滑度稍有提高，即在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，熱處理溫度越高，有機(jī)硅柔軟劑處理后棉織物的手感越好，但手感提高程度較小。

2.3 熱處理時(shí)間對(duì)手感特征值的影響

由圖 4 可知，隨著定型時(shí)間的延長(zhǎng)，小于 2 min時(shí)，織物手感提升較為顯著，大于2 min后，織物手感提升幅度有限。

從圖 5可知，延長(zhǎng)定型時(shí)間，TF-438及TF-463 處理后棉織物的手感略有提高。

綜上分析，在合適的范圍內(nèi)，延長(zhǎng)熱處理時(shí)間與升高熱處理溫度具有類似的作用效果，均有利于有機(jī)硅分子鏈段的遷移和規(guī)整排布，進(jìn)而提升有機(jī)硅柔軟整理后織物的手感。

2.4 滌綸織物/棉織物上柔軟劑熱遷移規(guī)律對(duì)比

對(duì)比圖 1、圖 3 發(fā)現(xiàn)，相同量的兩種柔軟劑處理后，滌綸織物的手感隨定型溫度的變化幅度均顯著大于棉織物。即在布面上的硅量一致時(shí)，有機(jī)硅鏈段在滌綸織物上的趨表現(xiàn)象更明顯。這就說明有機(jī)硅分子結(jié)構(gòu)與織物上的特征官能團(tuán)存在一定的選擇性，二者能夠發(fā)生與織物結(jié)構(gòu)有關(guān)的相互作用，而不是單純附著于織物表面。棉纖維的纖維素大分子含有豐富的羥基，能夠與氨基硅油的氨基形成氫鍵，而滌綸（聚對(duì)苯二甲酸二乙酯）分子中能與氨基形成氫鍵的羰基相對(duì)較少，并且形成的氫鍵鍵能小于纖維素纖維羥基與氨基形成的氫鍵。氫鍵數(shù)量越多、鍵能越大，有機(jī)硅與織物間的結(jié)合作用越穩(wěn)定，更有利于自身分布狀態(tài)與構(gòu)象的保持，從而降低熱處理時(shí)有機(jī)硅分子的遷移，以及由此而引起的手感變化。即氨基硅油與滌綸織物和棉織物間作用力的顯著差異導(dǎo)致了熱處理時(shí)硅油分子遷移性的差異，最終導(dǎo)致手感變化的差異。

2.5 熱處理溫度對(duì)親水性的影響

熱處理溫度對(duì)織物親水性的影響見表2。

由表2可知,隨著熱處理溫度的升高,棉織物和滌綸織物的親水性均逐漸下降。聚硅氧烷主鏈Si一0鍵間偶極相互作用以及側(cè)鏈Si一CH間的相互作用使得聚有機(jī)硅氧烷分子只能甲基朝外、硅氧鍵向內(nèi)以α螺旋結(jié)構(gòu)存在。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致聚硅氧烷鏈間的相互作用力變小，摩爾體積變大,表面張力變低，從而表現(xiàn)出疏水性?？椢锉砻嬗袡C(jī)硅分子分布越多、越均勻，則其疏水性越強(qiáng)。該結(jié)果也從側(cè)面說明熱處理溫度越高,有機(jī)硅分子趨向織物表面遷移，司時(shí)鏈段排列有序化程度提高,表面更疏水

結(jié)論

1、法寶儀可以實(shí)現(xiàn)對(duì)織物手感風(fēng)格的量化表征，測(cè)試結(jié)果精確，數(shù)據(jù)重復(fù)性良好。

2、過高的定型溫度（大于180 ℃）會(huì)使滌綸原布發(fā)生熱收縮，導(dǎo)致滌綸織物緊實(shí)，蓬松性下降，而對(duì)棉織物原布手感的影響較小。

3、升高熱處理溫度，延長(zhǎng)熱處理時(shí)間均可以使柔軟整理后的滌綸織物和棉織物手感提升，疏水性提高。熱處理時(shí)有機(jī)硅柔軟劑有向外遷移的趨勢(shì)，在滌綸織物上遷移的程度顯著大于棉織物。

印染人整理自《印染助劑》期刊2018年第3期第35卷

參考文獻(xiàn)：略

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