硅溶膠處理對純棉織物放濕性能的影響

張云煒，曹瑾維，聞 瑩，勵 越，李永海,2

溶膠- 凝膠技術(shù)是指以金屬有機(jī)或無機(jī)化合物為前驅(qū)體，經(jīng)酸或堿水解、縮聚，生成相應(yīng)的氧化物溶膠- 凝膠體，最后根據(jù)終端需求，經(jīng)熱處理制得涂膜、粉末、纖維、塊狀等不同形態(tài)材料的一種濕化學(xué)制備技術(shù)[1]。因其具有高化學(xué)均一性、制備工藝簡單、易成形和改性，近十年在紡織品功能整理中得到廣泛應(yīng)用。

硅溶膠作為溶膠- 凝膠技術(shù)的產(chǎn)物，本身具有生物惰性、易加工改性等特點，在紡織品功能整理中應(yīng)用較為廣泛，如在紡織品拒水[2-3]、防磨[4]、抗皺[5]、抗靜電[6]、固色[7-10]等整理中都有應(yīng)用。

然而，在硅溶膠使處理紡織品獲得某種功能的同時，也會不同程度地對處理紡織品本身固有性能產(chǎn)生影響，鑒于此，本課題研究了硅溶膠處理對純棉織物放濕性能的影響。

1 實驗

1.1 材料和儀器

織物：純棉平紋織物（40×40，133×72，130 g/m2）。

藥品：正硅酸四乙酯（TEOS，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），γ- 縮水甘油醚丙基三甲氧基硅烷（GPTMS，工業(yè)級，江蘇張家港華榮化工新材料有限公司），鹽酸（分析純，平湖化工試劑廠），去離子水。

儀器：7312-I 型電動攪拌機(jī)（上海標(biāo)本模型廠），AL104 電子分析天平[ 梅特勒- 托利多儀器（上海）有限公司]，P-BO 立式氣壓電動軋車（LABORTEX CO.LTD），UPEI 連續(xù)式織物熱定型機(jī)（中國臺灣Rapid 公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 單一組成硅溶膠的制備

按TEOS 和去離子水規(guī)定物質(zhì)的量比，分別稱取一定質(zhì)量的TEOS 和去離子水加入到三口燒瓶中，按TEOS 和鹽酸規(guī)定物質(zhì)的量比，量取一定量的稀鹽酸溶液（0.01 N），在電動攪拌下，緩慢滴加，滴加完畢，在一定反應(yīng)時間后，得到單一組成硅溶膠。

1.2.2 不同組成硅溶膠的制備

按TEOS 和GPTMS 物質(zhì)的量比為10、2、1、0.5和0.1，分別量取一定量的TEOS 和GPTMS 加入到三口燒瓶中，按硅前驅(qū)體（TEOS ＋GPTMS）和去離子水規(guī)定摩爾比，加入一定量的去離子水，按硅前驅(qū)體（TEOS ＋GPTMS）和鹽酸規(guī)定物質(zhì)的量比，量取一定量的稀鹽酸溶液（0.01 N），在電動攪拌下，緩慢滴加，滴加完畢，繼續(xù)反應(yīng)一定時間，得到不同組成硅溶膠。

1.2.3 硅溶膠整理

1.2.3.1 不同焙烘溫度

將所得單一組成硅溶膠稀釋5 倍，二浸二軋（帶液率80%）→預(yù)烘（100℃×2 min）→焙烘（130、140、150、160、170℃×1 min）。

1.2.3.2 不同焙烘時間

將所得單一組成硅溶膠稀釋5 倍，二浸二軋（帶液率80%）→預(yù)烘（100℃×2 min）→焙烘（150℃×1、2、3、4、5 min）。

1.2.3.3 不同硅溶膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)

將所得單一組成硅溶膠稀釋1、2、3、4、5 倍，得到5 份不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)硅溶膠，分別經(jīng)二浸二軋（帶液率80%）→預(yù)烘（100℃×2 min）→焙烘（150℃× 2 min）。

1.2.3.4 不同硅溶膠組成

將所得不同組成硅溶膠，皆稀釋5 倍，得到5 份不同組成硅溶膠，分別經(jīng)二浸二軋（帶液率80%）→預(yù)烘（100℃×2 min）→焙烘（150℃×2 min）。

1.3 試樣放濕性能測試

采用滴水法，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下，將一定量（約0.02 g左右）的水滴在試樣（4 cm×4 cm，質(zhì)量一定）上，每隔1 min，測量試樣質(zhì)量，連續(xù)觀測60 min，測試織物的放濕性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 整理工藝

在硅溶膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)和組成、預(yù)烘溫度和時間一定的條件下，研究了焙烘溫度、時間對硅溶膠處理棉織物放濕性能的影響，結(jié)果見圖1、圖2。

圖1 焙烘溫度對硅溶膠處理棉織物放濕性能的影響

圖2 焙烘時間對硅溶膠處理棉織物放濕性能的影響

由圖1、2 可以看出，經(jīng)硅溶膠處理后，試樣放濕速率減小，經(jīng)60 min 放濕后，仍含有30%～40% 的水分，而未處理樣經(jīng)60 min 放濕后，僅剩余約20%的水分。

隨著焙烘溫度的升高或時間的延長，試樣的放濕速率增大。一方面，由于水分子與凝膠膜的作用力較與棉纖維小，凝膠膜表面的水分易于揮發(fā)，有利于放濕速率的提高；另一方面，由于水分在凝膠膜表面上的滲化面積較在棉織物上小，不利于水分的揮發(fā)。由此可知，未處理樣的放濕速率比處理樣的更快，同時，試樣經(jīng)硅溶膠處理后，滲化面積隨焙烘溫度的升高或時間的延長變化不大，而水分子與棉纖維的作用力隨凝膠膜的致密化而減小，因凝膠膜隨焙烘溫度的升高或時間的延長而變得更致密。因而，隨著焙烘溫度的升高或時間的延長，硅溶膠對處理棉織物放濕性能的影響減小。

2.2 質(zhì)量分?jǐn)?shù)

在溶膠組成、預(yù)烘溫度和時間、焙烘溫度和時間一定的條件下，研究了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)硅溶膠對處理棉織物放濕性能的影響，結(jié)果見圖3。

由圖3 可以看出，經(jīng)硅溶膠處理后，試樣放濕速率減小，經(jīng)60 min 放濕后，仍含有約40% 的水分，而未處理樣經(jīng)60 min 放濕后，僅剩余約20% 的水分。可以看出，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低，放濕速率減小。由于溶膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低，使其在織物表面形成凝膠膜的厚度減小，水分易于滲化而與棉纖維作用，而水分子與棉纖維的作用力較與凝膠膜的更大，因而使放濕速率減小，而高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶膠形成較厚的凝膠膜，使水分不易滲化而與棉纖維作用，主要與凝膠膜作用，而凝膠膜與水分子的作用力較棉纖維小，易于揮發(fā)，使放濕速率增大，因而隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的減小，硅溶膠對處理棉織物的放濕性能的影響增大。

2.3 組成

在溶膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)、預(yù)烘溫度和時間、焙烘溫度和時間一定的條件下，研究了不同組成硅溶膠對處理棉織物放濕性能的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 不同組成硅溶膠處理對棉織物放濕性能的影響

由圖4 可以看出，經(jīng)不同組成硅溶膠處理后，試樣放濕速率減小，經(jīng)60 min 放濕后，仍含有約40% 的水分，而未處理樣經(jīng)60 min 放濕后，僅剩余約20% 的水分。可以看出，當(dāng)n(TEOS):n(GPTMS) 物質(zhì)的量比變化時，試樣的放濕速率變化不大。比較而言，物質(zhì)的量比為1 時，試樣的放濕速率較其它比例大。由于物質(zhì)的量比為1 時，比例較適當(dāng)，硅溶膠在織物表面所成凝膠膜較其它比例更加致密，而水分子與凝膠膜的作用力較棉纖維小，易于揮發(fā)，使放濕速率增大，因而n(TEOS):n(GPTMS) 為1 時，對棉織物放濕性能影響較小。

3 結(jié)語

（1）經(jīng)單一組成硅溶膠處理，棉織物透濕性能下降，同時隨處理溶膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大、焙烘溫度的升高、時間的延長，透濕性能下降幅度逐漸減小，意味著硅溶膠處理對棉織物的放濕性能影響減弱。

（2）經(jīng)不同組成復(fù)合硅溶膠處理，棉織物放濕性能下降，其中，復(fù)合比對處理棉織物的放濕性能影響不明顯，尤其在復(fù)合比n(TEOS):n(GPTMS) 為1 時，對棉織物的放濕性能影響相對更小。

（3）只要工藝控制適當(dāng)，硅溶膠處理對棉織物放濕性能的影響并不會影響織物的整體服用性能。