滌綸針刺濾料的拒水拒油整理工藝研究

滌綸針刺濾料的拒水拒油整理工藝研究

曹小敏1崔運花1，2

(1. 東華大學紡織學院，上海，201620;

2. 東華大學產業用紡織品教育部工程研究中心，上海，201620)

摘要：使用FG-910含氟拒水拒油整理劑對滌綸針刺濾料進行拒水拒油整理，研究了在整理過程中五個主要因素對整理效果的影響規律，并進行了正交優化試驗。結果表明：最佳的整理工藝參數是浸漬溫度55 ℃、浸漬時間25 min、FG-910質量濃度60 g/L、焙烘溫度150 ℃和焙烘時間150 s，在該條件下整理可使滌綸針刺濾料的拒水等級和拒油等級都達到8級，且透氣率變化率達到18.75%，可有效地改善濾料的過濾性能。

關鍵詞：滌綸針刺濾料 ，含氟整理劑，拒水拒油整理，性能

中圖分類號：TS195.5+7文獻標志碼：A

收稿日期：2014-09-13

作者簡介：曹小敏，女，1988年生，在讀碩士研究生。主要研究方向是滌綸針刺濾料的拒水拒油整理。

中國是世界上最大的發展中國家，改革開放使我國經濟高速發展，同時也帶來嚴重的環境污染。目前解決空氣質量問題最有效的方法就是空氣過濾[1]，而空氣中的粉塵含有水和油，容易吸濕和潮解，分離時粉塵極易黏附于濾料表面而產生黏袋現象。黏袋現象不僅降低過濾效率，而且對過濾設備的正常運轉也會造成很大威脅，所以過濾含水含油氣體的濾料應具有拒水拒油的性能。拒水拒油整理一般有反應法和涂敷法兩種方法[2]。反應法是讓拒水油劑與纖維大分子結構中的某些基團反應，使纖維與水和油的親和性能發生改變，從而使纖維具有拒水拒油性；涂敷法是對濾料進行涂層，防止其被水或油浸濕。防水油劑具有改變纖維表面性能的作用，能使纖維表面由親水性變為疏水性，以獲得不能被水潤濕的效果[3]。紡織品拒水拒油整理多以有機氟整理劑為主[4]，在國外報道較多[5-6]。針刺濾料表面平整、手感好、強力高、濾水性能優異，具有很多傳統紡織濾料無法比擬的優勢。隨著非織造生產加工技術的發展，通過針刺方法生產的滌綸非織造材料已經成為在各領域中應用的非常重要的過濾介質。

通信作者：崔運花，E-mail: anniecui@dhu.edu.cn

透氣性是衡量針刺濾料過濾性能的重要指標之一。透氣率高的濾料一般是表面纖維相互纏結時產生的空隙大，粉塵容易穿透濾料，而不是停留在濾料迎塵面形成濾餅，從而使濾料的過濾效率低下，過濾效果不好；透氣率小的濾料則通過空隙的氣流較少，過濾阻力較大，過濾效率較高。因此，本文通過透氣率來間接表征滌綸針刺濾料的過濾效率。傳統的滌綸針刺濾料仍存在一些不足，如孔徑較大、孔隙率高、透氣率大，不能有效截留氣流中的顆粒物，難以達到理想的過濾效果[7]。本研究期望通過拒水拒油整理，不僅使濾料達到拒水拒油的效果，而且可使濾料的透氣性能在一定范圍內有所下降，以提高濾料的過濾效率。

本文采用氟系拒水拒油劑FG-910乳液對滌綸針刺濾料進行整理，使濾料的表面自由能降低，以達到拒水拒油的效果。

1試驗部分

1.1材料

1.1.1濾料

試驗用滌綸針刺濾料(玻纖基布)，整理前試樣拒水拒油等級均為0，其規格及性能指標是：平均面密度 661.79 g/m2，CV值2.04%；平均透氣率324.43 mm/s，CV值8.38%；平均厚度2.79 mm，CV值7.43%。

1.1.2主要藥品

FG-910乳液，弱陽離子型乳白色分散液，北京潔爾爽高科技有限公司；

冰醋酸。

1.1.3設備

FA1004電子天平，YG141N數字式織物厚度儀，HH-4電熱恒溫水浴鍋，YG461E電腦式透氣性測試儀，PA-I型立式氣壓電動小軋車，DGG-9030A電熱恒溫熱風干燥箱。

1.2試驗內容及方法

用FG-910乳液與自來水配制成不同濃度的整理液，并加入適量冰醋酸，調節整理液的pH值為6，整理液再經超聲波預處理20 min。采用軋焙烘工藝進行整理，軋液率約為60%，工藝流程為：

兩浸兩軋→預烘→焙烘。

本試驗的基本工藝參數是：浸漬溫度50 ℃，浸漬時間5 min，FG-910乳液質量濃度30 g/L，預烘溫度90 ℃、時間5 min，焙烘溫度140 ℃、時間1 min。在其他工藝參數保持基本參數不變的情況下，改變其中某一項參數進行試驗。分別研究了浸漬溫度、浸漬時間、FG-910乳液濃度、焙烘溫度和焙烘時間對濾料的拒水拒油性及透氣率變化率的影響規律，并通過正交試驗獲得較優工藝，使滌綸針刺濾料達到拒水拒油的效果，且改善濾料的過濾性能。

1.3性能測試方法

(1)拒水等級：參考標準AATCC-193—2004《抗潤濕性防水/乙醇溶液試驗》，1級最差，8級最好。

(2)拒油等級[8]：參考標準AATCC-118—2007《排油：耐烴試驗》，1級最差，8級最好。

(3)透氣率：參考標準GB 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》，濾料在溫度為(20±2) ℃，相對濕度為(65±2)%的標準大氣壓環境中平衡24 h以上；用YG461E數字式透氣量儀，每個試樣測試5次，取平均值，并計算其試驗前后的透氣率變化率。

2結果與分析

2.1各因素對濾料拒水拒油性及透氣率變化率的影響

2.1.1浸漬溫度

保持其他工藝參數不變，改變浸漬溫度進行試驗。浸漬溫度對濾料拒水拒油性和對透氣率變化率的影響分別見圖1和圖2。

1——拒水等級；　2——拒油等級 圖1　浸漬溫度對濾料拒水拒油性的影響

圖2　浸漬溫度對濾料透氣率變化率的影響

由圖1可見，浸漬溫度直接影響整理效果。浸漬溫度為30 ℃時拒水等級為7級，40～60 ℃時拒水等級保持最高級8級，繼續升高溫度則拒水等級下降。浸漬溫度為30 ℃時拒油等級為5級，40～50 ℃時拒油等級保持7級，繼續升高溫度則拒油等級下降。綜合拒水拒油試驗結果可以得出，在浸漬溫度為40～50 ℃之間時拒水拒油效果最佳。這可能與FG-910的特性有關，在50 ℃時FG-910乳液開始形成零星的膜，使纖維上吸附的乳液減少，故再升高溫度拒水性和拒油性有所下降。

由圖2可知，在浸漬溫度低于50 ℃時透氣率變化率較穩定，但繼續升高溫度則開始下降。

2.1.2浸漬時間

保持其他工藝參數不變，改變浸漬時間進行試驗。浸漬時間對濾料拒水拒油性和對透氣率變化率的影響分別見圖3和圖4。

1——拒水等級；　2——拒油等級 圖3　浸漬時間對濾料拒水拒油性的影響

圖4　浸漬時間對濾料透氣率變化率的影響

由圖3可見：拒水等級在浸漬時間為5 min時已達到最高級8級；但浸漬時間小于20 min時拒油等級一直保持6級，在浸漬30 min時拒油等級達到7級。可見為達到更好的拒油效果延長浸漬時間是有必要的。

由圖4可知，透氣率變化率隨著浸漬時間的延長呈現先增大后趨于平穩的趨勢。這是因為浸漬時間短，FG-910乳液擴散滲透不充分，纖維吸附的乳液少，當浸漬一定時間后，纖維上吸附的乳液已達到到飽和，透氣率變化率接近平穩。

2.1.3FG-910乳液濃度

保持其他工藝參數不變，改變FG-910乳液濃度進行試驗。FG-910乳液濃度對濾料拒水拒油性和對透氣率變化率的影響分別見圖5和圖6。

由圖5可見，增大FG-910乳液濃度可以提高拒水拒油性，FG-910質量濃度為20 g/L時拒水等級已達到最高級8級，而拒油等級在FG-910質量濃度為70 g/L時仍未達到最高級8級，要達到最好的拒油效果仍需加大整理劑濃度。

由圖6可知，透氣率變化率隨著FG-910乳液濃度的增大而呈現不斷增大的趨勢。這是由于FG-910乳液濃度增大使附著在纖維上的顆粒數量增加，使濾料孔徑變小，對透氣率的影響變大，即透氣率變化率增大。

1——拒水等級；　2——拒油等級 　　圖5　FG-910乳液濃度對濾料拒水 拒油性的影響

圖6　FG-910乳液濃度對濾料透氣率 變化率的影響

2.1.4焙烘溫度

保持其他工藝參數不變，改變焙烘溫度進行試驗。焙烘溫度對濾料拒水拒油性和對透氣率變化率的影響分別見圖7和圖8。

由圖7可見，升高焙烘溫度可以提高拒水拒油等級。焙烘溫度低于140 ℃時整理效果不理想，而140 ℃時拒水性和拒油性有明顯改善，且拒水效果達到最好，而拒油效果在170 ℃時才達到7級。由于滌綸的熔點為256 ℃，軟化點為235～340 ℃，通常的熨燙整理溫度僅為160 ℃[9]。因此，從滌綸的性能方面綜合考慮，選擇的最高焙烘溫度上限為170 ℃。

由圖8可知，隨著焙烘溫度的升高透氣率變化率呈現先增大后減小的趨勢。這是因為焙烘溫度較低時，FG-910乳液與纖維之間的交聯不充分，成膜性不好，但溫度增加到一定程度后會使纖維受到一定的損傷，濾料的孔徑有所變化，因此導致透氣率變化率先增大后減小。

1——拒水等級；　2——拒油等級 圖7　焙烘溫度對濾料拒水拒油性的影響

圖8　焙烘溫度對濾料透氣率變化率的影響

2.1.5焙烘時間

保持其他工藝參數不變，改變焙烘時間進行試驗。焙烘時間對濾料拒水拒油性和對透氣率變化率的影響分別見圖9和圖10。

由圖9可見，焙烘時間的延長使拒水等級和拒油等級增大，拒水性和拒油性分別在焙烘時間為90 s和150 s時達到最好。

1——拒水等級；　2——拒油等級 圖9　焙烘時間對濾料拒水拒油性的影響

圖10　焙烘時間對濾料透氣率變化率的影響

由圖10可知，透氣率變化率隨著焙烘時間的延長先減小后增大。這是由于焙烘時間太短，乳液與纖維的結合不夠牢固，透氣率變化率大，而焙烘時間過長纖維會受到損傷，因此要選擇合適的焙烘時間。

2.2正交試驗

根據單因子試驗得知的各因素影響情況，利用五因素四水平進行正交試驗，并測試整理后試樣拒水拒油性及透氣率變化率。因子水平表見表1，正交試驗結果見表2。

表2數據表明：FG-910乳液整理中各因素對拒水性能的影響程度相等，這可能是由于試驗中，各試樣拒水等級都達到了8級，無法反映各因素對拒水整理效果的影響；對拒油性能的影響程度為焙烘時間=焙烘溫度>FG-910乳液濃度>浸漬時間>浸漬溫度。通過直觀分析，可以使濾料拒油性能達到最好的工藝參數為A4B3C3D2(4)E4，即浸漬溫度55 ℃、浸漬時間25 min、FG-910乳液質量濃度60 g/L、焙烘溫度150 ℃或170 ℃、焙烘時間150 s。

通過FG-910乳液的整理，濾料的透氣率都有所減小。從表2試驗結果可以看出，各因素對透氣率變化率的影響程度為浸漬溫度>焙烘溫度>焙烘時間>浸漬時間>FG-910乳液濃度，可以使濾料透氣率變化率達到最大的工藝參數為A2B4C1D1E1，即浸漬溫度45 ℃、浸漬時間35 min、FG-910乳液質量濃度20 g/L、焙烘溫度140 ℃、焙烘時間60 s。

表1　因子水平表

表2　正交試驗結果

對工藝A4B3C3D2(4)E4和工藝A2B4C1D1E1進行驗證試驗，結果見表3。

由表3可以看出：A4B3C3D2E4與A4B3C3D4E4相比拒水拒油效果都達到最好，但是A4B3C3D2E4透氣率變化率更大；A2B4C1D1E1可使透氣率變化率達到22.25%，但是拒油效果僅達到6級。鑒于本試驗目的是對滌綸針刺濾料進行拒水拒油整理，以拒水拒油等級作為主要的評價標準，因此選擇A4B3C3D2E4為較優方案。

表3　最佳方案的驗證試驗結果

3結論

對滌綸針刺濾料的FG-910乳液整理工藝進行了系統的研究，通過試驗數據分析得出以下結論：

(1)浸漬溫度直接影響整理效果，在浸漬溫度為40～50 ℃之間時試樣的拒水拒油效果最佳；浸漬時間為5 min時試樣拒水等級達到最高級8級，延長浸漬時間可以提高拒油等級，浸漬30 min時試樣拒油等級達到7級；FG-910乳液質量濃度較低(20 g/L)時試樣拒水等級已達到最高級8級，而拒油等級在FG-910質量濃度為70 g/L時達到7級；升高焙烘溫度可以提高拒水拒油等級，焙烘溫度為140 ℃時試樣的拒水性和拒油性開始有明顯改善，且拒水效果達到最好，而拒油等級在170 ℃時才達到7級；焙烘時間的延長使拒水等級和拒油等級增大，試樣的拒水性和拒油性分別在焙烘時間為90 s和150 s時達到最好。

(2)FG-910乳液整理對濾料的透氣率有一定影響。在浸漬溫度低于50 ℃時透氣率變化率較穩定，繼續升高溫度透氣率變化率下降；透氣率變化率隨著浸漬時間的延長先增大后趨于平穩；隨著FG-910乳液濃度的增大，透氣率變化率不斷增大；隨著焙烘溫度的升高透氣率變化率先增大后減小；而焙烘時間的延長則使透氣率變化率先減小后增大。

(3)拒水拒油整理的較優工藝是A4B3C3D2E4，即浸漬溫度55 ℃、浸漬時間25 min、FG-910乳液質量濃度60 g/L、焙烘溫度150 ℃和焙烘時間150 s。在該條件下進行整理，不僅可使濾料的拒水等級和拒油等級都達到8級，而且透氣率變化率達到18.75%，可有效地改善濾料的過濾性能。

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