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1、用作涤纶织物抗静电整理剂的壳聚糖Seong-il Eom 著 李维贤 译舒 敏 校涤纶是一种性能优良的合成纤维。它具有良好的弹性、 尺寸稳定性和混纺性。然而涤纶的吸水、 吸湿性很差, 受摩擦时容易引起静电荷积聚。( 天然纤维的电阻率为 1098cm10108cm,涤纶的电阻率低于 10158 cm, 水的电阻率为1038cm) 。 静电荷的积聚会引起静电放电, 使纤维在纺织染整加工中沾污, 会导致计算机等电子设备的故障, 甚至会点燃易燃物质而引发爆炸。 静电还会使衣物与衣物或衣物与皮肤粘附在一起,或引起其他弊病。为改善涤纶的抗静电性能, 众多研究者作出了许多努力。 包括改变涤纶纤维的表面特征(
2、 例如制成多孔纤维或异型截面纤维) , 用亲水性树脂作表面涂层( 如接枝聚合、 涂层整理或等离子体处理) 。在这些方法中, 亲水性树脂的表面涂层可通过简单的浸轧干燥焙烘的后整理方法完成, 但耐久性不好。壳聚糖( Chitosan) 是 20 世纪 80 年代出现的一种新材料, 它具有多种优良特性, 可应用于农业、 营养品和医药及其他领域。 壳聚糖在纺织领域的多种应用也已经得到研究。 例如改善可染性、 用于抗菌整理, 或开发成新的智能材料。 壳聚糖在低湿环境中的回潮率很高, 而且在水中不膨胀, 故能避免由水引起的整理品耐久性变差的问题。若能通过纤维与亲水材料的交联而形成一层不溶性的导电涂覆层,
3、就可使纤维获得永久性的抗静电整 理。壳聚糖显然具有同时改善涤纶吸水性和抗静电性的潜质。1 实 验1. 1 试样和试剂织物: 用于 KS K 0905 法测色牢度的标准白色涤纶织物。 经纬丝 75 D, 经纬密度 210191 根/ 5 cm, 重量( 705) g/ m2。壳聚糖: 一级品, 日本 Showa 化学品公司生产。脱乙酰度 75% 80%。用 0. 5% 的醋酸配成 浓度为 0. 5%的溶液, 粘度为 5 cps20 cps。其他试剂也均为一级品。1. 2 试验方法1. 2. 1 碱处理在早期的试验中, KOH 作为碱处理的优选药剂。 用 Na2CO3处理的涤纶织物的失重率很小。
4、在2040, KOH 和 NaOH 不会产生很大的失 重率, 但超过 50失重率就显著增加。 而且KOH比 NaOH 更明显。 于是 50以上的 KOH 处理确定为碱处理工艺。KOH 的浓度设定为 5%、 10% 、 15%、 20% 四级, 以 150 的浴比, 将织物在 90下处理 1 h, 然后在 100下干燥 3 min。 根据处理前后试样重量的变化来计算失重率。1. 2. 2 壳聚糖整理壳聚糖在纯水中浸渍几日也不溶解。但在 1% 的醋酸中很快电离、 溶解。 试样在醋酸/ 壳聚糖/ 醋酸纳溶液中浸渍 2 min 后, 在 80下干燥 10min。然后再浸于醋酸/ 壳聚糖/ 丙二酸( 1
5、10. 2 或 0. 4) 溶液中, 再次在 80下干燥。最后试样分别在 120和 130下各烘 1 h。根据试样增 加的重量( 与碱处理后比较) 计算壳聚糖的附着率。1. 2. 3 耐洗性试验根据 KS K 0430 A2 方法测定整理品的耐洗性。 用耐洗性测试仪将试样在50下, 1% 洗涤剂 浓度的水中洗涤 30 min, 重复 3 次, 然后晾干。比较洗涤前后试样的重量, 计算试样被洗脱的壳聚26染整 国外纺织技术 总第 204 期 糖的洗脱率。壳聚糖附着率与洗脱率的差值即为壳聚糖的残留率( 即固着率) 。1. 3 测试方法1. 3. 1 强伸性根据 KS K 0520 夹持法, 用 I
6、nstron 强力测试仪测试织物强力。样品尺寸为 10 cm10 cm,夹距为 40 mm, 拉伸速率为 100 mm/ min。 1. 3. 2 静电性能用 REP-型旋转静电测试仪( 日本 DaieiKayaku Seiki 公司) 在 20、 50%RH 环境中测试。1. 3. 3 织物手感采用 Kawabata 评价系统( Kato 技术公司) 测试试样的机械特性。这些机械特性综合了织物的拉伸、 剪切、 弯曲、 压缩性能和表面性状、 以及织物的厚度和重量。手感评价值可由这些值表征。2 结果与讨论2. 1 碱处理引起的失重不同 KOH 浓度对失重率的影响如表 1 所示。表 1 KOH 浓
7、度对失重率的影响KOH浓度(% )失重率(% ) 试样 1试样 2试样 3平均值54. 125. 935. 035. 03 109. 5210. 0313. 9111. 151516. 1115. 1716. 5115. 93 2019. 0921. 5726. 1022. 25由表中数值可知, 以 150 的浴比将试样浸于 90的 KOH 溶液中 1 h, 试样的失重率随着KOH 浓度的提高而增加。2. 2 壳聚糖的附着和洗脱试样被第二次在 80下干燥后, 壳聚糖在其上的附着率如表2 所示。 由表中数值可知, 壳聚糖附着率与碱处理的失重率之间无明显关系。虽然壳聚糖的洗脱率和残留率( 固着率)
8、 与碱处理的附着率都无关, 但洗后残留的壳聚糖表明壳聚糖整理具有耐久性。这种耐久性对于永久性 抗静电整理是必需的。吸湿性的壳聚糖必须与二元酸交联, 才可在织物上形成不溶性的抗静电整理层。碱处理使涤纶水解, 并形成羟基。 这些羟基与壳聚糖的氨基在醋酸钠的催化作用下发生交联反应, 生成 Chitosan-NH-CO-PET + H2O。 但正如表 2 所示, 壳聚糖的附着率和洗脱率、 残留率与碱处理的失重率无关, 存在于每一涤纶分子链末端的羧基参与交联反应, 形成上述的耐久性。 但实际上 这些末端羧基在碱处理前就存在, 碱处理似乎并未增加它们的数量。 这一试验结果表明, 主要的交联作用发生在交联剂
9、二羧酸与壳聚糖的官能 团之间( 图 1) 。 另一些交联作用使丙二酸、 壳聚糖和涤纶连接起来( 图 3) 。表 2 织物重量变化率样 品碱处理 失重率 (% )焙烘前 壳聚糖 附着率 (% )焙烘后 壳聚糖 洗脱率 ( % )焙烘后 壳聚糖 固着率 (% )14. 124. 141. 502. 64 215. 175. 101. 903. 2039. 523. 511. 222. 29 421. 576. 162. 014. 1555. 034. 801. 513. 29 616. 113. 730. 982. 75710. 033. 741. 372. 37 826. 15. 261. 81
10、3. 45HOOC- CH2- COOH ( 丙二酸)+chitosan-NHCH3COONa -chitosan-NH-CO-CH2-CO- nNH-+ (n- 1)H2O图 1 丙二酸的羟基与壳聚糖的氨基之间的反应( 形成聚合物涂层, 缺乏耐久性)HOOC- CH2- COOH ( 丙二酸)+chitosan-NH2+PET-COOHCH3COONa- CO-CH2-CO-NH-chitosan-NH-CO-PETn-CO- + 2( n- 1)H2O图 2 丙二酸的羟基、 壳聚糖的氨基与PET 的羟基之间的反应( 即聚合物涂层与PET之间的交联)2. 3 强伸性如表 3 所示, 焙烘前涤
11、纶织物的强力远低于 整理前的织物。 随着碱处理失重率的提高, 织物强 力趋于降低。 焙烘后织物的强力高于整理前织物, 这是由于形成了壳聚糖的交联物。但失重率过高 的样品在焙烘后强力低于整理前, 这是因为交联 的壳聚糖引起的强力增加量不足以弥补碱处理对 强力的破坏。272002 年第 3 期 国外纺织技术 染整表 3 织物强力的变化原织物强度 (kg/cm2)整理后 失重率 (% )整理后 强度变化率 ( % )整理后 伸长率 ( % ) 整理前: 37. 050018. 1焙烘前: 34. 655- 6. 513. 621. 8520- 41. 09. 8焙烘后: 44. 055+ 19. 9
12、14. 826. 7520- 27. 813. 3表 4 焙烘前织物的静电压(高丙二酸浓度1)样 品碱处理失重率(% )静电压(V)第一次测试第二次测试2) 未整理5812847414. 12122134 215. 1714516939. 52224256 421. 5710612255. 0394121 616. 11165193710. 03192244 826. 1087102平均值142168注: 1) 整理液组成: 醋酸壳聚糖醋酸钠= 110. 4。2) 第 2次测试紧接着第 1 次测试后进行。表 5 焙烘、 洗涤后织物的静电压( 高丙二酸浓度1)样 品碱处理失重率(% )静电压(V
13、) 第 1次测试第 2 次测试2)未整理58128474 14. 12240267215. 17334397 39. 52460491421. 57177236 55. 03208244616. 11319417 710. 03204271826. 10248315 平均值273330注: 1) 整理液组成: 醋酸壳聚糖醋酸钠= 110. 4。2) 第 2次测试紧接着第 1 次测试后进行。2. 4 静电性能静电性能的测试结果如表 4 所示。表 4 表明 壳聚糖整理后, 静电现象减弱, 静电压低于 500V, 约为整理前的1/ 10。 这表明用壳聚糖对涤纶织物 的抗静电整理是很成功的。可认为壳聚
14、糖整理不 仅使涤纶获得亲水性, 更为重要的是使涤纶具备 了抗静电性能。壳聚糖整理还可能赋予涤纶织物导电性。如 图 1 所示, 壳聚糖整理的抗静电机理主要是由于 丙二酸的反应形成了( -NH-CO- CH2-CO-) 共轭双 键, 从而赋予织物导电性。而且催化剂的钠离子、 壳聚糖分子中的邻氨基也起到了导电掺杂剂的作 用。 未焙烘、 未洗涤织物的静电压( 表 4) 比焙烘、 洗涤后( 表 5) 的低。 其原因是丙二酸/ 壳聚糖共聚物( 图 1) 在洗涤中被除去。 尽管丙二酸/ 壳聚糖的共聚物缺乏耐洗性, 但它对涤纶的抗静电性有一定作用。 当整理液的配比为醋酸壳聚糖醋酸钠=110. 4 时, 整理后
15、织物的静电压低于配比为 110. 2 的整理品的静电压( 表 6) 。这可能是由 于丙二酸上残留的未交联的羧基所致。表 6 焙烘前织物的静电压(低丙二酸浓度1)样 品碱处理失重率(% )静电压(V) 第 1次测试第 2 次测试2) 未整理5812847414. 1279110215. 1712615739. 52165220421. 5718523655. 03122161616. 11330374710. 03138157826. 10181204平均值166202注: 1) 整理液组成: 醋酸壳聚糖醋酸纳= 110. 2。2) 第 2 次测试紧接着第 1 次测试后进行。2. 5 织物手感用
16、 Kawabata 系统测试织物的 5 个对织物手 感影响显著的手感指标。如表 7 所示, 壳聚糖整理后织物的硬挺度和抗垂硬度提高, 这表明整理后织物变得硬挺。 这表示织物的丰满、 柔软和厚实手感的丰满度和柔软 度这两个指标, 在织物经壳聚糖溶液浸轧, 但未焙烘时, 比整理前的织物有所提高。焙烘后, 这两个指标比整理前和浸轧后、 焙烘前的织物都低。 织物 的挺爽感和丝鸣感减弱。 以上试验结果表明, 壳聚糖整理使织物手感恶化, 需进行柔软整理。28染整 国外纺织技术 总第 204 期 100% PTT 织物的染色特性Yiqi Yang 等著 刘玉莉 译钱以宏 校本文主要研究了PTT 织物的染色特性, 同时还对其适用的染料种类及染色时间、 温度和 pH值等染色条件作了研究, 对水洗、 摩擦、 日晒等染
