TiO2水溶膠對棉織物的拒水整理探討

溶膠-凝膠技術是利用金屬醇鹽或者無機鹽經過溶液、溶膠、凝膠而固化,再經熱處理形成氧化物或其它化合物的一種方法.這是目前材料制備研究較為廣 泛采用的方法,如制備納米材料、抗反射膜、有機-無機復合材料、陶瓷纖維等[1].用SiO2或其它金屬氧化物納米溶膠處理織物,經過干燥除去有機溶劑, 可在織物表面形成一層多空結構的氧化物干凝膠膜,而原來的納米溶膠粒子形成三維網狀結構[2-4].納米溶膠的優點是易于進行化學和物理改性,所以使用改 性納米溶膠可以大幅度地改變織物的功能性[2].化學改性是在溶膠形成的過程中使添加物與金屬氧化物粒子以共價鍵的形式鍵合,如:通過不同的金屬烷氧基化 合物共水解來進行化學改性,此法可以得到混合金屬氧化物涂膜;另一種化學改性是通過含有一個R側基的3-烷氧基硅氧烷的共水解、共縮聚完成,通過改變R側 基來調節納米溶膠膜的性能,如R基為烷基或全氟烷基時,可得到疏水或疏油的膜[3,4],而且也可以把R基轉換成染料或生物活性物質,來改變納米溶膠膜的 功能性.物理改性是把添加劑均勻地混入并固定在金屬氧化物中,不形成共價鍵,如添加聚合物.溶膠-凝膠技術在溶膠的制備時可以對溶膠進行亞微米、納米級

甚至分子級的物理和化學的改性,極大地改變溶膠的應用范圍,如添加生物活性物質、染料分子、納米粒子等,把改性的溶膠應用到紡織品上,更加擴大了紡織品的 應用.溶膠-凝膠技術具有制備工藝簡單,容易操作,反應溫度低,得到產物均勻度高等優點,可以在織物的表面形成復雜的無機氧化物網絡結構,這層凝膠固著在 織物的表面,改善纖維的表面化學性能,賦予織物一定的功能性,如表1所示[2].

本文利用溶膠-凝膠技術得到TiO2納米水溶膠,然后把該溶膠整理在棉織物上,結果發現,織物表面形成一層無機氧化物涂層,具有一定的疏水性,但手感度、白度降低.

1　實驗

1.1　實驗材料及藥品

鈦酸丁酯(化學純),冰乙酸(分析純),鹽酸(分析純),8 040有機硅乳液,一般平紋機織棉織物.

1.2　TiO2水溶膠的制備

TiO2水溶膠的制備方法:先將冰乙酸和鈦酸丁酯混合,然后緩慢地滴加到HCl水溶液中,滴加完畢后,靜置分層即得到透明度很高的TiO2水溶膠.

 

1.3　拒水性能測試方法

(1)耐水壓值的測定.采用連通管型水壓儀測定試樣的耐水壓性能.

(2)淋水實驗.采用淋水實驗儀器如圖1進行淋水實驗,參考圖2進行淋水級數的判斷.

 

2　結果與討論

2.1　TiO2水溶膠濃度對棉織物拒水性能的影響

將棉織物于TiO2水溶膠中二浸二軋,然后將織物在烘箱中一定溫度下烘干,再在高溫下熱處理數分鐘,然后用以上所述方法測試織物的耐水壓值和淋水級數,來 評價其疏水效果.整理條件為:軋余率60%,浴比1∶5,60℃預烘30 min,150℃焙烘3 min,采用不同濃度的TiO2水溶膠來整理棉織物,結果如表2.

　　從表2可知當TiO2水溶膠濃度為0.1 mol/l時,其耐水壓值最大,當溶膠濃度增大,焙烘后在織物表面形成的無機干凝膠膜的厚度越大,且形成的無機網絡結構中水分不易全部揮發盡,使其耐水壓 值降低,如水溶膠的濃度降低,經過溶劑的揮發后,在織物表面形成的干凝膠膜較薄,所以耐水壓值降低.同時也測定了水在整理后織物上的接觸角,其接觸角都超 過120°,水滴能在織物表面自由滾動,有如荷葉效果,但是織物表面滴上水后會形成一層水膜,及接觸角的后退角和前進角的差異很大,根據表面化學中的粗糙 度和接觸角的關系可知,用TiO2整理后的純棉布,表面的粗糙度增加,又因為溶膠-凝膠法整理織物后,在織物的表面形成一層透明的干凝膠膜,且是微孔膜, 所以淋水實驗級數都是50分.

2.2　熨燙對棉織物拒水性能的影響同樣整理3個布樣,最后用熨斗在130℃左右,熨燙1~2 min,然后測試數據如表3.

　　比較表2和表3,發現熨燙后,因為無機網絡結構中的水分進一步揮發,在高溫下,TiO2無機網絡結構進一步致密化,使織物的耐水壓值都有稍許提高,而淋水級數不變.

2.3　柔軟劑對棉織物拒水性能的影響

由于用TiO2水溶膠整理純棉織物后,其表面形成一層無機氧化物薄膜,使織物的手感降低,為了改善織物的手感,采用柔軟劑對織物進行預處理.整理方法:先 用8 040有機硅乳液整理,二浸二軋,1∶5浴比,軋液率60%,60℃預烘30 min,130℃焙烘5 min.然后用不同濃度的TiO2水溶膠整理,多浸多軋,軋液率60%,60℃預烘30 min,150℃焙烘3 min.最后用熨斗在130℃熨燙1~2 min,測試拒水數據如表4.

先用8 040A有機硅乳液整理織物使其本身具有一定的疏水性,同時也改善織物的手感.從表4數據分析得,用4 g/l有機硅乳液和TiO2水溶膠整理后使織物的耐水壓值有所下降,而淋水級數增加了一個級別,比單獨用有機硅乳液整理織物的耐水壓值提高,淋水級數提高 3個級別,而用0.4 g/l有機硅乳液,對織物的影響不大.

 

2.4　整理后織物白度及手感的變化

用簡易織物硬挺度實驗儀測定整理前后的平均抗彎長度來評價手感.

　　從表5中可知,TiO2水溶膠整理后,其白度稍微發生了變化,當所用的TiO2水溶膠濃度越大,白度下降就越大,如果整理后再經過熨燙,其白度會進一步降低.同時整理后的棉布平均抗彎長度增大,手感較未整理硬挺.

2.5　整理前后織物表面的電鏡照片

圖3為織物整理前后的掃描電子顯微鏡照片,從圖3中可以看出,未整理的棉纖維表面有凹槽,而用TiO2水溶膠整理過的棉纖維的表面,凹槽在一定程度上減少 了,是干凝膠填補了部分凹槽,干凝膠在纖維的表面明顯的形成一層厚度較為均勻的凝膠膜.在部分纖維之間,也形成了一層很薄的干凝膠膜,這層干凝膠膜因為不 在纖維表面,與纖維不形成化學結合,而是形成纖維之間不連貫的干凝膠膜,如果經過揉搓,這層膜很容易斷裂脫落.

3　結　語

用TiO2納米水溶膠整理純棉織物,由于在織物的表面形成了一層無機氧化物薄層,改變了織物的表面化學結構,表現出一定的疏水作用.采用0.1 mol/l的水溶膠整理純棉布,其耐水壓值可達到19.7 cm,淋水級數可達到50,如果經過熨燙10 s,其耐水壓值還可以提高,而淋水級數只能達到50.為了改善手感,而采用先用疏水的有機硅乳液整理,然后再用TiO2水溶膠整理,疏水性能稍有提高,比 單獨用TiO2水溶膠整理后織物的手感要平滑柔軟.