硅氟聚丙烯酸酯乳液整理亞麻纖維的性能

鄒慶川

（重慶財經職業學院，重慶 402160）

近年來，隨著生活水平的提高，人們對服裝的性能標準和質量要求也隨之提高。以亞麻纖維為原料的織物是服飾原料市場的重要組成部分［1］，但其抗皺性和耐磨性較差，需進行后整理以改善織物性能［2-3］。后整理使用的原料包含聚丙烯酸酯和有機氟化物，但聚丙烯酸酯制備的膜耐污和耐水性能均較差［4-5］；有機氟材料疏油、疏水、防污，但是成本高且不耐低溫［6-8］。硅基聚合物以玻璃化轉變溫度低，彈性模量小，化學穩定性、受熱穩定性良好［9-11］廣受關注。若將硅分子引入氟基聚合物材料中用作織物整理劑，整理織物有望提高防污性、耐久性、手感以及抗皺性能［12-16］。本實驗制備了用于整理亞麻織物的硅氟聚合物整理劑（乙烯基三甲氧基硅烷改性氟聚丙烯酸酯），測試了整理后織物的斷裂強力、彎曲剛度、摩擦系數、水接觸角等指標，分析了硅氟聚丙烯酸酯整理劑對織物性能的影響。

1 實驗

1.1 材料與儀器

織物：亞麻織物（吳江市新申織造有限公司）。藥品：乙烯基三甲氧基硅烷（分析純，杭州杰西卡化工有限公司），丙烯酸正丁酯（分析純，濟南普萊華化工有限公司），甲基丙烯酸十二氟庚酯、甲基丙烯酸甲酯（分析純，上海凱茵化工有限公司），丙烯酸（分析純，山東信恒化工有限公司），烷基酚聚氧乙烯醚（APEO，化學純，南通巍爾化工有限公司），高含氟量高支鏈結構的甲基丙烯酸酯單體（有機氟G04）、乙烯基三甲氧基硅烷（有機硅KH-171）、十二烷基硫酸鈉、碳酸氫鈉、過硫酸鉀（分析純，南通市謙和化工有限公司）。

儀器：KQ-50B 型超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司），DF-Ⅱ型集熱式磁力加熱攪拌器（武漢格萊莫檢測設備有限公司），SHK-H914 型數字式織物透氣率儀（蘇州檢卓儀器科技有限公司），YG821L型織物風格儀（萊州市電子儀器有限公司），YG026C型電子織物斷裂強力儀（常州市中纖檢測儀器設備有限公司），SL200KS 型視頻接觸角測定儀（上海梭倫信息科技有限公司），Nova Nano 450 場發射掃描電子顯微鏡（美國FEI 公司），TG/DTA-6000 型熱重分析儀（日立分析儀器有限公司），Escalab 250Xi型X 射線光電子能譜儀（美國Thermo Fisher 公司），Spectrum one型紅外光譜儀（美國珀金埃爾默儀器有限公司）。

1.2 硅氟聚丙烯酸酯乳液的制備

將十二烷基硫酸鈉和烷基酚聚氧乙烯醚按質量比1∶1.5 混合配制50 mL 乳化劑溶液待用，將過硫酸鉀調制成質量分數1.5%的引發劑10 mL 待用。向乳化劑溶液中加入G04 1.4 g、KH-171 2.1 g、丙烯酸正丁酯5.4 g 和甲基丙烯酸甲酯1.8 g，高速攪拌并超聲處理30 min，得均勻的殼層預乳化液。將丙烯酸正丁酯3.6 g、甲基丙烯酸甲酯3.6 g、丙烯酸0.4 g、乳化劑及NaHCO3（緩沖劑）100 mL 置于超聲容器中振蕩處理30 min，升溫至50 ℃并高速攪拌30 min，升溫至80 ℃，得核層預乳化液。向核層預乳化液中加入引發劑溶液1.2%（對單體總質量），減緩攪拌速度，反應后得種子乳液；待種子乳液呈藍光后繼續保溫30 min，隨后再加入引發劑溶液和殼層預乳化液，恒溫反應90 min，冷卻至室溫，用200 目篩網過濾，得硅氟聚丙烯酸酯乳液。

采用上述方法，在不加KH-171 的條件下制備含氟聚丙烯酸酯乳液。

1.3 亞麻織物整理工藝

用去離子水適當稀釋硅氟聚丙烯酸酯乳液（含氟聚丙烯酸酯乳液）制備成整理液，然后置于超聲波處理器中振蕩均勻（30 min），浸軋亞麻織物，焙烘、水洗、烘干待用。

1.4 測試

紅外光譜：采用傅里葉紅外光譜儀表征。

微觀形貌：采用掃描電子顯微鏡觀察。

表面元素：采用X 射線光電子能譜儀分析。

熱性能：采用熱分析儀測試整理前后織物的分解溫度、相變溫度等。

接觸角：采用視頻接觸角測定儀測試。

透濕透氣性：采用織物透氣率儀測試。

斷裂強力：采用電子織物斷裂強力儀測試。

彎曲剛度：采用織物風格儀測試。

2 結果與討論

2.1 表征

2.1.1 紅外光譜

由圖1 可以看出，1 000～1 300 cm-1處整理織物的吸收峰明顯變寬，這是由于整理織物中含有氟、硅元素，1 239.76 cm-1處的C—F特征峰、1 057.59 cm-1處的Si—C—O 特征峰與織物中固有的C—O 峰發生重疊。1 703.32 cm-1處整理織物有較大的伸縮振動峰（未整理織物中沒有此峰），這是由于整理織物中含有酯基。整理前后的亞麻織物在2 956.70、2 873.90 cm-1處均有吸收峰，且整理織物的吸收峰更大，這主要是C—H（—CH3、—CH2—）的伸縮振動峰。此外，整理織物在743.57、801.54 cm-1處分別出現—CF2CF3和Si—C 的特征峰，說明整理劑中的單體與亞麻織物反應良好，生成目標產物。

圖1 整理前(a)后(b)亞麻織物的紅外光譜

2.1.2 X 射線光電子能譜

由圖2 可以看出，全譜圖中4 個較明顯的特征峰由強到弱分別為283.08、532.08、687.08 和101.08 eV，對應元素分別為C1s、O1s、F1s和Si2p。

添加的F1s 和Si2p 元素含量測定值（13.47、1.14）高于理論值（10.33、0.52），推測氟、硅元素在薄膜形成過程中向表面遷移形成富集，降低亞麻織物的表面張力，提升其疏水性。

2.1.3 熱穩定性

由圖3 可以看出，在溫度低于260 ℃時，兩種整理液整理織物的熱失重曲線走勢幾乎一致，均表現出較小的失重，此階段只失去游離水和結合水等成分；溫度高于320 ℃后，共聚物分子形成的有機基團開始分解，織物質量開始減少，曲線的斜率變化顯著；繼續升溫至450 ℃左右，聚合物分解完成，殘余織物的質量變化趨于穩定。溫度在350 ℃左右時，兩種整理液整理織物的失重速率差別明顯，硅氟聚丙烯酸酯乳液整理織物的曲線整體在含氟聚丙烯酸酯乳液右側，說明前者分解速率更慢，熱穩定性更好。因此，在丙烯酸酯共聚物中引入硅、氟元素可以降低膠膜分解速率，提高共聚物的穩定性。

圖3 含氟聚丙烯酸酯(a)、硅氟聚丙烯酸酯(b)乳液整理亞麻織物的熱失重分析

2.1.4 表面形貌

由圖4 可以看出，未整理織物纖維中有尖銳的過渡白色條紋，表面粗糙；整理織物纖維表面過渡圓滑，空隙減小，纖維間的摩擦也減小，改善了亞麻織物的手感。整理織物纖維表面被硅氟聚丙烯酸酯乳液膜覆蓋，硅和氟遷移到表面，降低了織物的表面張力，在掃描電鏡下觀察到纖維間的過渡更圓滑，提高了亞麻織物的疏水性。

圖4 整理前(a)后(b)亞麻織物的表面形貌

2.1.5 水接觸角

由圖5 可以看出，含氟聚丙烯酸酯乳液整理亞麻織物的水接觸角為119.59°，硅氟聚丙烯酸酯乳液整理亞麻織物的水接觸角達128.33°（略有提高）。表明硅氟聚丙烯酸酯乳液可以更好地降低表面能，阻止液滴的潤濕，證明硅氟聚丙烯酸酯乳液整理后織物能夠獲得更好的疏水性。

圖5 含氟聚丙烯酸酯(a)、硅氟聚丙烯酸酯(b)乳液整理亞麻織物的水接觸角

2.2 服用性能

由表1 可以看出，硅氟聚丙烯酸酯乳液整理亞麻織物的透濕透氣性能均小于含氟聚丙烯酸酯乳液整理，斷裂強力提高9%，彎曲剛度明顯降低，摩擦系數略降低，說明硅氟聚丙烯酸酯乳液整理亞麻織物的表面更順滑，改善了亞麻織物易折皺的不足。斷裂強力的提高主要是因為硅單體聚合到聚合物主鏈，形成的Si—O 鍵、C—F 鍵鍵能大于C—C 鍵，提高了主鏈的抗拉性能。此外，硅氟基團在主鏈的側面形成新的包圍主鏈，保護主鏈不被破壞，提高整理織物強度。

表1 整理亞麻織物的服用性能

3 結論

使用硅氟聚丙烯酸酯乳液整理亞麻織物，表面生成富硅、氟的薄膜，提高亞麻織物的疏水性，斷裂強力、熱穩定性和織物風格有較明顯的改善，提升了亞麻織物的服用性能。