滌綸織物超疏水有機硅改性硅溶膠的制備及應(yīng)用

滌綸織物超疏水有機硅改性硅溶膠的制備及應(yīng)用

0有機硅改性硅溶膠的制備超稀疏水表面通常是指與水接觸的面積大于150的表面。本課題以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)為前驅(qū)體,在水溶液中通過水解縮合反應(yīng)制備單分散有機雜化硅溶膠,用N-(β-氨乙基)亞氨丙基側(cè)鏈改性氨基硅油(NAASO)對其改性,通過一步法制備有機硅改性硅溶膠,并將其用于滌綸織物仿生超疏水整理。1測試1.1氨基處理試劑織物滌綸機織物(市售)試劑甲基三甲氧基硅烷(MTMS,分析純,國藥集團化學試劑有限公司),N-(β-氨乙基)亞氨丙基側(cè)鏈改性氨基硅油(NAASO,工業(yè)級,蘇州聯(lián)勝化工有限公司),氨水(分析純,無錫市展望化工試劑有限公司),乳化劑AEO-3、乳化劑AEO-7、十二烷基硫酸鈉(SDS)(均為化學純,浙江皇馬化工集團)1.2有機硅改性硅溶膠的制備將MTMS和相對其質(zhì)量6%的乳化劑(AEO-3、AEO-7和SDS復(fù)配)加入到100mL蒸餾水中,使用高速剪切分散乳化機剪切10min,均勻分散后,倒入裝有磁力攪拌器和溫度計的250mL四口圓底燒瓶中,置于40℃的水浴中恒溫加熱,在攪拌條件下逐滴加入氨水,水解4h后,再向反應(yīng)體系中滴加一定量的NAASO,繼續(xù)恒溫攪拌2h,得到有機硅改性硅溶膠。反應(yīng)式如下:(1)制備硅溶膠中間體的反應(yīng)式:1.3溫度浸漬整理液(二浸二軋,軋余率70%)→預(yù)烘(100℃,5min)→焙烘(150℃,2min)→恒溫恒濕24h(溫度20℃,相對濕度40%)1.4測試1.4.1紅外光譜KBr壓片法制樣,采用智能型傅里葉紅外光譜儀進行測試。1.4.2x射線光電子能譜分析用PHI-5400型X光電子能譜儀對整理前后織物表面元素進行分析。1.4.3掃描電子顯微鏡將纖維樣品用導電膠固定在樣品臺上,噴金后用冷場發(fā)射掃描電鏡觀察滌綸纖維表面。1.4.4粒數(shù)用ZS90納米粒徑電位分析儀對合成的有機硅改性硅溶膠進行測試。1.4.5接觸角用接觸角測量儀測定,液滴體積5μL,每個織物測定5次,取平均值。1.4.6稀疏水性能參照AATCC22—2005《紡織品拒水性測試噴淋法》測試,與標樣對照評級。1.4.7耐洗性能參照AATCC61—2007《耐洗色牢度:加速》中1A方法進行測試。1.4.8斷裂力參照GB/T3923.1—1997《紡織品織物拉伸性能第1部分:斷裂強力和斷裂伸長率的測定條樣法》進行測試。1.4.9柔軟度參照ZBW04003—1987《織物硬挺度試驗方法斜面懸臂法》,在M507織物自動硬挺度測試儀上進行測試。1.4.10刻度參照GB/T8424.2—2001《紡織品色牢度試驗相對白度的儀器評定方法》,采用WSB-2型數(shù)顯白度儀進行測試。2結(jié)果與討論2.1改變硅溶膠的粒徑和織物的蜀水效果的影響因素2.1.1mtms用量N-(β-氨乙基)亞氨丙基側(cè)鏈改性氨基硅油(NAASO)質(zhì)量濃度為10g/L,pH值為8.5時,改變甲基三甲氧基硅烷(MTMS)質(zhì)量濃度,其對改性硅溶膠粒徑及整理后滌綸織物疏水性的影響見表1。由表1可知,隨著MTMS質(zhì)量濃度的增加,改性硅溶膠粒徑逐漸增大。這是因為反應(yīng)體系中MT-MS質(zhì)量濃度增大時,水解形成硅溶膠粒子數(shù)量增多,彼此相互作用縮合的概率增加,導致顆粒增長期延長,從而易聚集形成較大的硅溶膠粒子,使硅溶膠的平均粒徑有所增大。而將改性硅溶膠整理到織物上,隨著MTMS用量的增加,接觸角及疏水等級逐漸增大,但當MTMS質(zhì)量濃度為60g/L以上,接觸角和疏水等級開始減小。這可能是因為MT-MS水解形成的硅羥基與NAASO的羥基縮合,在纖維中引入低表面能物質(zhì),同時形成具有疏水性的Si—O—Si健,提高了疏水性。但MTMS用量過高時,硅溶膠表面還有多余的硅羥基,使疏水性降低。因此,MTMS質(zhì)量濃度以60g/L為好。2.1.2naaso質(zhì)量濃度當甲基三甲氧基硅烷(MTMS)的質(zhì)量濃度為60g/L,pH值為8.5時,改變N-(β-氨乙基)亞氨丙基側(cè)鏈改性氨基硅油(NAASO)質(zhì)量濃度,其對改性硅溶膠粒徑及整理后滌綸織物疏水性的影響見表2。由表2可知,隨著NAASO質(zhì)量濃度的加大,改性硅溶膠粒徑增大,接觸角和疏水等級先增大后減小。當NAASO質(zhì)量濃度為10g/L時,滌綸織物表面與水的接觸角為151.2°,達到超疏水表面要求。這是因為MTMS水解生成許多羥基,而加入NAASO,利用羥基之間的相互作用,消除硅溶膠與NAASO上的親水基團,形成有機硅改性硅溶膠;并且NA-ASO為低表面能物質(zhì),使疏水性提高。但當NA-ASO質(zhì)量濃度增加到20g/L時,接觸角和疏水等級明顯下降。這是由于NAASO表面能較低,若其用量過高,自身疏水的NAASO難以進入膠束參與縮合反應(yīng),影響體系的穩(wěn)定性,使得疏水性能下降。綜上,NAASO質(zhì)量濃度以10g/L為好。當MTMS質(zhì)量濃度為60g/L,NAASO質(zhì)量濃度為10g/L時,整理液pH值對改性硅溶膠粒徑及整理后滌綸織物疏水性的影響見表3。由表3可知,改性硅溶膠粒徑隨pH值的增大先減小后增加。氨水對整理后滌綸織物的疏水性也有顯著影響。未加入氨水時,改性硅溶膠極不穩(wěn)定,整理后滌綸織物疏水等級只有50分,但pH值為8.5時,整理后滌綸織物具有超疏水效果,接觸角為150.7°,此時疏水性能達到最高等級100分。這是因為氨水用量增加,溶液中OH2.2用硅改性硅溶膠的紅外光譜如圖1所示,在2963、2872cm2.3整理前后滌綸織物表面元素的變化有機硅改性硅溶膠對滌綸織物進行超疏水整理,采用X射線光電子能譜儀(XPS)分析整理前后滌綸織物表面的元素變化,如圖2所示。由圖2可知,與未整理滌綸織物相比,整理后滌綸織物的XPS譜圖多出Si的2s和2p峰。說明經(jīng)有機硅改性硅溶膠整理后的滌綸織物表面有Si元素存在,即改性硅溶膠已沉積在滌綸織物表面。2.4纖維表面粗糙度結(jié)構(gòu)的測定通過掃描電鏡對超疏水整理前后滌綸纖維表面形態(tài)進行觀察,結(jié)果如圖3所示。由圖3可見,整理前后滌綸纖維的表面粗糙度發(fā)生明顯變化。經(jīng)過有機硅改性硅溶膠整理的纖維表面有明顯乳突狀的粗糙結(jié)構(gòu),且乳突粒徑大小有所差異,與荷葉表面的微結(jié)構(gòu)相似,盡管沒有荷葉表面粗糙結(jié)構(gòu)分布均勻,但是在纖維表面也形成了一定的粗糙結(jié)構(gòu),空氣會存在于粗糙結(jié)構(gòu)之間,在表面形成一層穩(wěn)定的氣體薄膜,水珠無法進入,使纖維表面具有疏水性。整理后經(jīng)過20次皂洗,滌綸纖維表面仍具有一定的粗糙結(jié)構(gòu)。這是因為N-(β-氨乙基)亞氨丙基側(cè)鏈改性氨基硅油在纖維表面易鋪展成膜,使合成的有機硅改性硅溶膠與滌綸纖維的牢度增加,具有較好的耐洗性。2.5超疏水性能提高滌綸織物的接觸角由圖4可知,未整理的滌綸織物表面很快被水潤濕。而經(jīng)有機硅改性硅溶膠整理的滌綸織物接觸角為151.2°,接觸角明顯增大。這是因為NAASO上的羥基與硅羥基相互作用,形成Si—O—Si鍵,消除了硅羥基。并且NAASO具有較低的表面張力及在織物表面易鋪展成膜的性能,使滌綸織物具有超疏水效果。將有機硅改性硅溶膠整理的滌綸織物皂洗20次后,接觸角仍可達到131.5°,具有較好的耐洗性。2.6整理后滌綸織物的物理性能滌綸織物采用有機硅改性硅溶膠進行超疏水整理,整理前后及整理后經(jīng)20次皂洗滌綸織物的主要物理性能見表4。由表4可知,有機硅改性硅溶膠整理后,滌綸織物各項物理性能保持良好。斷裂強力和白度變化較小,說明有機硅改性硅溶膠基本不影響滌綸織物的強力和白度。但整理后滌綸織物的彎曲剛度有所下降,即柔軟性增加。這主要是N-(β-氨乙基)亞氨丙基側(cè)鏈改性氨基硅油獨特的性能使整理后的滌綸織物擁有柔軟的手感。有機硅改性硅溶膠整理后的滌綸織物皂洗20次后,斷裂強力、彎曲剛度和白度變化不大,說明有機硅改性硅溶膠整理的滌綸織物具有較好的耐洗性。3有機硅改性硅溶膠整理織物(1)當甲基三甲氧基硅烷質(zhì)量濃度為60g/L,N-(β-氨乙基)亞氨丙基側(cè)鏈改性氨基硅油的質(zhì)量濃度為10g/L,整理液pH值為8.5時,在乳化劑的作用下,制備的有