涤纶织物的抗紫外防水性能研究_项东晓.pdf

49引言随着生活水平的提高，人们对服装的紫外线防护性能越来越重视。尤其在夏季，抗紫外线的衣物可以大幅减少紫外线对人体皮肤的直射，减少或防止皮肤晒伤、过早老化、过敏，甚至皮肤癌。当前，具有抗紫外线整理功能的织物在夏季纺织品和户外服装中的占比非常高1。因此，与抗紫外织物相关的抗紫外线整理剂近年来颇受市场关注，适用于纺织品的抗紫外线产品的数量正在急剧增加。抗紫外线整理剂产品主要可分为无机化学品和有机化学品。目前，纺织品上已商用的有机化学品抗紫外助剂有水杨酸酯、金属离子螯合物、二苯甲酮类、苯并三唑类和氰基丙烯酸酯类等；无机化学品有 TiO2和 ZnO 等2-4。抗紫外线整理剂的商用性主要集中在抗紫外性能、毒性、耐洗牢度、成本等方面的产品，高附加值的抗紫外产品更应是将抗紫外整理剂应用到纺织品的多功能整理方面，如研发具有抗紫外防水、抗紫外阻燃等抗紫外复合功能的纺织品。C8 防 水 剂 由 于 含 有 全 氟 辛 酸（PFOA）和对全氟辛烷磺酰基化合物（PFOS）类物质，具有难降解、有毒性等问题，并且在 OEKO-TEX2015 年的规定中对 PFOA 和 PFOS 的限制条件为 1g/m2，C8 防水剂的应用出于多因素考虑已遭到全面禁用。而 C6 防水剂的结构为（甲基）丙烯酸全氟己基乙基聚合物，不含有PFOA与PFOS5。结构上，C6 防水剂相较 C8 防水剂的碳链长度更短，因而防水防油效果同等用量条件下要略差于 C8 防水剂，要达到相当于 C8防水剂的效果，用量要更高，成本要略高于 C8 防水剂。文章主要研究抗紫外防水复合功能涤纶面料整理的应用开发，探讨适合工业用抗紫外防水开发的实际工艺路线。兼具抗紫外与防水功能的纺织产品在纺织行业拥有广阔应用前景，如户外冲锋衣、帐篷、广告布、特种作战服等。1 实验部分1.1 原料和设备面料：240T 墨绿色涤纶春亚纺实验试助剂：拒水拒油剂 CTA-5620B（北京中纺化工）；抗紫外整理剂 UV-7401（北京中纺化工）。涤纶织物的抗紫外防水性能研究摘要:基于 240T 涤纶春亚纺，采用拒水拒油剂 CTA-5620B 和抗紫外整理剂 UV-7401 作为功能整理助剂，研究了不同 pH 环境、定型温度、用量对织物的抗紫外及抗紫外防水性能的影响；同时也研究了采用拒水拒油剂 CTA-5620B 和抗紫外整理剂 UV-7401 进行两浴法与同浴法整理对涤纶织物抗紫外防水性能初始及耐洗条件下的研究。最终确定最佳条件为采用同浴整理，UV-7401 用量为 50g/L，CTA-5620B 用量为 30g/L，定型温度为 150，焙烘时间为 5min，可以得到抗紫外性能好、防水效果突出、耐洗性能突出的涤纶织物。关键词:防水；抗紫外；涤纶；同浴整理中图分类号:TS195.2文献标志码:A文章编号:1003-1308（2023）7-0049-05项东晓1,李建华1,郑云波2(1.北京中纺化工股份有限公司,北京 100176;2.海西纺织新材料工业技术晋江研究院,福建 晋江 362200)基金项目:晋江市公共科技创新平台科研项目(晋平台3号)50 实验设备：轧车为 MU504A 卧式轧车（北京纺机所装备技术公司）；定型机为 R3快速定型烘干机(厦门瑞比精密机械有限公司)；接触角测试仪为 SL200B 接触角仪（深圳瓦力仪器设备有限公司）；烘箱：上海一恒电热鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）；洗缩机为Y(B）089E 型全自动缩水率试验机（温州大荣纺织仪器有限公司）；紫外测试仪器为 YG（B）912E 型纺织品防紫外性能测试仪（温州大荣纺织仪器有限公司）。1.2 测试方法（1）拒 水 性 测 试 标 准：参 照AATCC 222017 拒水性能测试-喷淋法。（2）抗紫外测测试标准：参照GB/T 188302009纺织品 防紫外线性能的评定。1.3 后整理工艺（1）拒水（拒油）整理工艺:干进布配置 200ml 工作液浸一轧定型条件：170 2min（2）抗紫外整理工艺+拒水拒油剂分浴整理抗紫外整理工艺：干进布一浸一轧 150 5min 焙烘定型；后防水整理工艺：干进布一浸一轧 170 2min 焙烘定型。1.4 耐洗性测试方法 将测试织物置于 10g/L（标准洗衣粉）的水中，设置水浴温度为 40，洗涤15min/次，将织物重新漂洗甩干后；重新加入到 10g/L 标准洗衣粉的水中；累计重复上述操作至指定次为止，最后取出，置于鼓风干燥箱中 60干燥后测试织物耐洗后的相关性能。2 结果与讨论2.1不同浓度抗紫外整理剂对涤纶面料抗紫外性能的影响研究采用 UV-7401 后整理 240T 涤纶织物，分别采用 0120g/L 不同浓度的抗紫外整理剂对 240T 涤纶进行整理，后整理温度为 150，定型时间为 5min。抗紫外性能结果见表 1。从表 1 结果可以看出，随着抗紫外整理剂 UV-7401 用量的增加，UPF值相应增加，UVA、UVB 紫外透过率相应减小，说明经整理的 240T 涤纶的抗紫外性能相应地快速增加。这是因为高温条件下，UV-7401 与聚酯纤维通过化学键结合，UV-7401 对紫外光具有良好的吸收作用，经 UV-7401 后整理后织物的抗紫外性能得到显著提升。综合考虑实际应用的具体情况，可将抗紫外整理剂的用量控制在 50g/L 以下，使 240T 具有较好的抗紫外性能的同时控制原料的成本。2.2 不同 pH 条件下对涤纶面料抗紫外性能的影响研究控制 UV-7401 的用量为 50g/L，后整理温度为 150，定型时间为 5min，调节不同 pH 环境观察对抗紫外性能的影响。实验中，采用 0.1mol/L HAc 溶液和0.1mol/L 的 Na2CO3溶 液 调 节 UV-7401工作液的 pH 环境。不同的 pH 条件下，经 UV-7401 整理后的 240T 涤纶抗紫外结果见表 2。2.3 不同定型温度对涤纶面料抗紫外性能的影响研究控制 UV-7401 的用量为 50g/L，定型时间为 5min，pH=5，对 240T 涤纶面料进行后整理。后续观察不同定型温度在 240T 涤纶面料上对抗紫外性能的影响，抗紫外测试的结果见表 3。由表 3 可知，采用 UV-7401 作为抗紫外整理剂，随着后整理温度的逐渐升高，UPF 值快速增加，紫外线透抗紫外整理剂用量/(g/L)01020305080120pH值pH=3pH=4pH=5pH=6pH=7pH=8pH=9UPF值23.187.4131.3186.5270.4355.8452.7UPF值263.8210.8278.2260.6251.0237.4210.9UVA 透过率/%9.843.362.292.091.401.240.88UVA 透过率/%1.501.991.441.521.511.541.98UVB透过率/%11.353.572.462.161.511.330.94UVB透过率/%1.602.131.571.611.601.662.07表 2 不同 PH 条件下 UV-7401 整理 240T 涤纶织物的抗紫外性能的结果表 1 经不同浓度的 UV-7401 对 240T 涤纶织物整理后抗紫外性能的结果 51过率 UVA 和 UVB 相应减少。这是因为所采用的 240T 涤纶内部聚酯纤维结构堆积紧密，孔隙率较低，在温度较低的情形下，UV-7401 难以进入涤纶纤维内部；当温度逐渐升高，且达到玻璃化温度（Tg）以上，聚酯纤维由低温状态下的“玻璃态”进入到高温状态下的“橡胶态”，PET 结构中存在的部分结晶态结构与无定形区域在远高于玻璃化温度 Tg 后，PET 纤维链段之间开始大量出现相对滑移，PET 纤维之间开始出现空隙或空穴结构，UV-7401 在高温条件下进入到 PET 分子链之间因力学松弛和多重相转变产生的空隙结构，经后整理后 UV-7401 进入纤维内部结构或结合在纤维外表层。故 240T 涤纶面料在 140以上经 UV-7401 后整理后，被赋予优异的抗紫外性能。当温度过高的情形下，涤纶织物存在因为物理性能改变或下降的情形，温度过高在实际应用中伴随着高能耗，因此通过实验，抗紫外整理的适宜温度为150，该条件下可以得到抗紫外性能较好的涤纶织物。2.4 抗紫外涤纶面料耐洗涤性能研究控制 UV-7401 的用量为 50g/L，后整理温度为 150，定型时间为 5min，pH=5，对 240T 涤纶面料进行后整理，后续进行 UPF 耐洗测试。表 4 结果均为烘干后测试所得，经 UV-7401 后整理的 240T 样布初始具有较高的抗紫外性能，多次水洗后，UV-7401 的 UPF 值仍然保持在 50+以上。说明在上述工艺条件下经 UV-7401 后整理的布具有良好的耐洗色牢度，UV-7401 与织物之间在高温整理过程中通过化学键结合。故多次耐洗后，经 UV-7401 整理的 240T 的纤维中仍然留有部分有效的抗紫外整理剂成分，但50 次洗涤后，经整理的涤纶面料抗紫外性能较初始有显著地下降，说明在洗涤过程中，抗紫外整理剂 UV-7401 在水中机械力的作用下，缓慢地从纤维中脱离下来，导致涤纶纤维的抗紫外性能逐渐下降。2.5 不同浓度拒水拒油剂对涤纶面料防水性能的影响研究分别采用 0100g/L 不同浓度的拒水拒油整理剂 CTA-5620B 对 240T 涤纶进行整理，后整理温度为 170，定型时间为 2min。防水性能结果见表 5。采用 C6 拒水拒油剂防水剂 CTA-5620B 对 240T 涤纶进行拒水整理，随着CTA-5620B 用量的逐渐提升，AATCC 22 防水评分在用量达到 20g/L 时即可达到 100 分，同时水接触角达到 139以上。经含氟拒水拒油剂防水剂 CTA-温度/6080100120140150160180200UPF值33.250.474.9122.8197.3238.8243.2261.0289.7UVA 透过率/%8.055.963.722.362.041.621.571.421.37UVB透过率/%8.876.694.082.852.281.751.691.511.48耐洗次数013510203050拒水拒油剂用量/(g/L)035810203050100UPF值240.6207.5188.9171.4146.3128.2112.083.4UVA 透过率/%1.621.972.062.112.282.412.963.52AATCC 22/分050708090100100100100UVB透过率/%1.762.072.192.242.442.653.203.79接触角/。润湿104.2118.7126.5134.6139.3141.5142.9142.2表 5 不同浓度 CTA-5620B 对涤纶织物后整理后的防水结果表 4 耐洗次数对 UV-7401 整理涤纶抗紫外性能的结果表 3 不同整理温度条件下 UV-7401 整理的 240T 涤纶织物抗紫外性能的结果52 5620B 整理后，织物纤维表面的表面张力显著下降,氟碳链的高分子结构赋予了织物良好的拒水功能。2.6 两浴法对抗紫外性能与防水性能的影响研究预先控制UV-7401的用量为50g/L，后 整 理 温 度 为 150，定 型 时 间 为5min，pH=5，对 240T 涤纶面料进行后整理，再用 CTA-5620B 对 240T 涤纶进行防水处理，经整理后的防水抗紫外性能见表 6。由表 6 可知，经 UV-7401 整理后的 240T 面料初始具有较好的抗紫外性能，具有高至 240.3 的 UPF 值和较低的紫外透过率。经不同浓度的 C6 拒水拒油剂 CTA-5620B 对已经抗紫外整理的 240T 面料进行二次整理。实验中，CTA-5620B 的用量从 0g/L 向 100g/L 递增的过程中，UPF 值逐渐下降，织物的抗紫外性能逐渐下降，原因在于经防水整理后的织物在聚酯纤维的外层形成了防水薄层，对预先整理进入到纤维内或外表面的 UV-7401 的