亲水整理剂顾名思义是能赋予纤维亲水性能的一种功能整理(助剂),基于亲水整理剂用于原来是疏水性的吸湿排汗纤维后,能生产吸湿排汗(快干)功能,因而,有些这类商品称谓吸湿排汗或吸湿快干整理剂的,这类助剂按其化学结构大致可归纳成如表9所示(18)
在亲水整理剂中,最早的著名商品是Permalose,有Permalose T,TG和TM等品种,据称这类亲水整理剂的主要组分是聚醚酯嵌段共聚物,其分子量约为30000左右,其中聚醚段分子量为1000左右,嵌段共聚物的熔点为50℃左右(?),商品系白色非离子型水分散体。
聚醚酯嵌段共聚物是共晶链段(或称硬段)和亲水链段(或称软段)相间排列的线性高分子。亲水性由亲水链段来实现,耐久性由共晶链段来保证,从而使整理效果有良好亲水性又有一定的耐久性。
嵌段共聚物结构中的共晶链段与聚酯纤维有相同的分子结构,在高温条件下,可与聚酯纤维分子发生共晶结合(形成坚牢的锚点),而亲水链段(聚醚链段部分)被抛在聚酯纤维表面形成亲水性。按聚合物结晶热力学理论,聚合物分子链段活动能力越强,形成的结合越完善。我们知道普通聚酯纤维的玻璃化温度(Tg)约为69℃,其结晶熔融温度(Tm)约为267℃左右。由尹宁等人研究聚醚酯嵌段共聚物亲水剂称:当聚乙二醇的重量百分比为40~70%,其分子量为1540时的嵌段共聚物,经差示扫描热分析表明:嵌段共聚物的玻璃化温度为85.82℃,结晶熔融温度为109.10℃,由此,可认为该嵌段共聚物的整理工艺,理论上温度不低于110℃即可。
经聚醚酯嵌段共聚物整理的聚酯织物,不仅是表面获得亲水性,同时其抗静电性和易去污性也得到了改善,这是顺理成章的。
最近几年,为了适应聚酯织物亲水整理要求,国内一些助剂厂商和科研单位也陆续开发一批嵌段共聚物商品,如:张家港德宝化工的吸湿排汗整理DP—998,富联精细化工的吸湿排汗整理剂KI,杭州传化的吸湿排汗剂TF—620,广东德美精细化工的吸湿排汗剂DM—3402等等。
(1)嵌段共聚物整理(18)(21)(22)
本文以Permalose TM为例说明其应用,Permalose TM为白色水分散体非离子型,可与冷水互溶不能用热稀释,可用于纯涤纶织物及其与棉或毛混纺织物。其生态数据如下:
水污染危害级别(WGK):1。
生态降解度:消除DOC 37%
COD 0.35O2/克;
BOD5<0.1克O2/克;
BOD28<0.1克O2/克;
毒性:(鱼)LC50>100毫克/升;
在合理的使用条件下,摄入不会导致中毒问题,严重口服实验(鼠)LD50>25克/千克,对皮肤和眼睛没有刺激作用。
PermaloseTM要获得良好的整理效果,织物上施加量应在4%左右,而应用工艺有多种:
浸染工艺:
PermaloseTM可以与涤纶织物分散染料染色同时进行,但有两种不同的方式:
染前处理——涤纶织物先在40℃左右PH为5~5.5的PermaloseTM稀释液中处理,逐步升温到平时加入分散染料的温度(600~80℃),在此温度保温处理10分钟,使PermaloseTM充分被涤纶纤维吸尽,然后加入分散染料溶液进行常规的染色。
染色处理——涤纶织物染色还原清洗后,在40℃左右,PH值5~5.5的PermaloseTM稀释液中处理,并逐步升温至80℃,并在此温度保温处理10~20分钟,再水洗、烘干需经高温热处理。
浸轧工艺:
采用常规的轧一烘一焙工艺,可以进行湿一湿加工,务必使织物上施加PermaloseTM量。
纯涤纶织物经PermaloseTM整理后,一般可达到毛细管效应>6cm,表面电阻(Ω)为107-108,静电压<500V半衰期<3秒。
PermaloseTM应用时需注意的问题:
PermaloseTM的热处理以150~170℃效果好;但染色织物热处理温度以140℃为宜,否则染料向纤维外层扩散,影响染色坚牢度,深色尤为明显;
PermaloseTM用于漂白涤纶织物,可与涤纶萤光增白剂同浴进行,浸轧烘干后,在180~190℃处理30秒即可。
PermaloseTM与免烫整理同浴进行,助剂间的配伍性要注意否则会影响PermaloseTM的效果,交联剂配伍性好的有:DMEU、DNDHEU、DMPU,乙二醛,氨基甲酸酯等;MF不适用,柔软剂中PE和有机硅柔软剂也无妨。事先最好做试验认可,如欲获得坚实手感效果,可加入适量的羧甲基纤维素(CMC)或聚乙烯醇(PVA)。
(2)亲水整理的新动向(23)(24)
聚硅氧烷类柔软剂,经聚醚改性后,使整理织物坛加了亲水性功能,改变了聚硅氧烷类柔软剂理织物的疏水性,但由于亲水性与柔软性和耐久性三者之间,很难找到一个确当的平衡点,以使作为亲水性功能整理剂的应用,长时以来进展不大。二十世纪90年代,摈弃了原来聚硅氧烷侧链改性的合成路线,由原威科(Witco)公司的A、M、Cyech等人开发在硅氧烷骨架(主链)中进行氨基与聚醚基嵌段共聚硅氧烷线性聚合新技术,新的线性氨基聚醚基嵌段共聚物(AB)化学结构示意式如下:
CH3
[(si-o)x-si-RNR1-(OCH2CH2)a-(OCHCH2)b-OR1NR]n
线性嵌段共聚物的第一个商品为Magnasoft SRS,作为含氟易去污整理剂(Scotchgard FC-248)配套柔软剂使用。而后又推出Magnasofr JSS,据称经JSS整理的织物,如色泽不符可以直接套染和再染,勿需进行有机硅的剥除予处理。不久前Waeker化学公司也开发不同聚醚链长度的嵌段类商品,WetsoftNE。由于这类商品中的聚醚链长是可以表示纤维表面亲水性的厚度,故聚醚链长的手感较链短的稍差些,其原因是整个嵌段共聚物中硅原子重量比下降所致。例如:Wetsoft NE810VP/820VP在聚酯针织物上水滴润湿和芯吸试验结果,如表10所示:
表10 Wetsoft NE810VP/820VP的亲水性
聚酯针织物 | 未处理 | Wetsoft NE810VP | Wetsoft NE820VP |
润湿性(S) | ≥120 | 1 | 0 |
芯吸(min) | 0 | 8 | 82 |
经WetsoftNE整理的织物干燥速度也快,又有较好的柔软手感。
线性氨基聚醚嵌段共聚硅氧烷类亲水柔软剂的应用前景,以及对现用聚醚酯嵌段共聚物亲水剂的市场占有率的挑战能力,作者认为首先取决于性/价比和品种适应性(纯纺、混纺和交织),其次是它们的整理效果的耐久性。
一些信息资料表明,应用生物酶技术也能提高聚酯纤的亲水性。
五、吸湿排汗(快干)功能的测试(25)(26)(27)
吸湿排汗(快干)整理产品的主要功能应是吸湿和排汗(快干)两个方面,由于提高了织物的吸湿性而其抗静性和易去污也同时有所改善,这仅是附带收获而已。一般吸湿性的测试方法,以布条毛细(管)效应法,滴液(水)法为多,偶而也有用吸水称重法等,排汗(快干)性的测试以水份蒸发(失重)法为主。这些测试方法都是摸拟织物在服用过程中吸湿排汗对液态水的吸收和散发现象,具有直观和形象化的特征。但它们都相当局限性,本方不拟对具体测试方法作任何评价,仅指出其存在的不足之处而已。
布条毛细效应法:在FZ/T01071《纺织品毛细效应试验方法》上有详细说明,垂直布条一端浸入水中,测定在一定时间内上升的高度或水上升到一定高度所耗的时间,以表征织物的吸水性能,方法简便,但有方向性,经纬向(或纵横)有差异,其次仅表示最大的吸水力。再则,在室温条件下测定,如测试时间长(30min),水份的蒸发和温度变化等条件可能会干扰测试结果。所以,有些测试方法规定时间为10分钟(如JISL1907—1994的Byreck法)。
液滴法:在平放的试样上,滴上定量的水滴,开始观察和记录水滴镜面现象消失的时间或润湿的面积。其优点是可测定织物经、纬向(或纵横向)的最大位移,由扩散的最大面积和完全润湿所需时间来表征吸湿性。其缺点是受试验人员主观影响较大,只是求得水滴在织物上扩散的最大面积,无法表达扩散速率。
吸水称重法:类似于布条毛细效应法,将布条一端在称重仪器上,另一端浸入水中,测量一定时间的重量变化,可求得试样的吸水量,记录各个时间的称量值,可求得试样的吸水速率。其特点是直观而精确的吸水能力和速率,不足之处,对比试样准备要求高(宽度和纱线根数影响),以及称量仪器要连续记录和称量精度要高些。
水份蒸发(失重法):是将一定大小的试样,平整地匝紧在烧杯口上,经调湿,置于电子天平(精度为0.001克)上称重,定量水滴在试样上,然后,隔一定时间后测定其重量变化,求得水份的蒸发率,其实,人体汗液蒸发速度,不仅取决于织物本身,还与外界温度,湿度和风速等条件密切有关。所以,快干性测试条件也只是相对比较而已。
对吸湿排汗(快干)功能整理产品仅仅检测其吸水和水份蒸发二个方面,总觉得不够完备。因为在服用过程中,如人们的活动量小时,皮肤表面水蒸气散发量少或水蒸气压小时,穿着纯棉或纯聚酯服装都不会感到不舒适的,当皮肤表面与服装之间湿度增大时,如服装面料不能及时将湿气传递出去,将影响皮肤表面的正常呼吸作用,服装就可能粘附在皮肤表使人感到不快。吸湿排汗整理织物也具有将湿气(气化水)迅速由内向外传递的功能,再由其外表面散发到外层空间,保持皮肤与服装之间的干爽状态所能承受的温湿变化的范围。基于以上考虑,作者认为应增加透湿性测试。吸湿性的“湿”应包括气态和液态两方面才是。
纺织品透湿性的测试方法。一般有测定水蒸气传递速率(Water vapor Transmission Rate,简称WVT)和测定蒸发热转移阻抗两类测试方法,对纺织品和服装生产企业而言习惯采用前者,而研究部门选用后者为多。所谓WVT测定是一定温、湿度和风速条件下,单位时间内透过织物单面积的水蒸气量(g/m2、24h或g/m2h),即以透湿量来评价织物的透湿性,详细参见GB/T12704—1991《织物透湿量测定方法,透湿杯法》。
对采用有色液体测试问题,即在测定织物的毛细效应和液滴湿性时,在水中加入部分水溶性,使液体在织物或纱线中传递时更易观察其前沿部位,这种改进意见很早就是诸于文献报导(如Minor.F.W等TRJ 1959,29,931;Cary R.T等TRJ 1979,40,691等)。其实水中添加染料也会产生某些情况,一是水中加入染料后,可能会引起水的界面张力和密度变化,直接影响测量的精确度;二是有色液体测得的只是织物表面的传递速度,尚不能反映织物内部的传递速度,织物内部的传递速度往往比表面速度要快些。