外文文獻(xiàn)譯文--基于溶膠—凝膠技術(shù)的棉織物的表面處理

1、<p><b>　　中文5295字</b></p><p>　　出處：Surface Review and Letters, 2009, 16(05): 715-721.</p><p>　　基于溶膠—凝膠技術(shù)的棉織物的表面處理</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>

2、　　硅膠被應(yīng)用到經(jīng)1、2、3、4—丁烷四羧酸（BTCA）整理的棉織物，目的是提高其物理性能，尤其是拉伸強(qiáng)度，因?yàn)樵谝郧暗目拱櫿砑庸ぶ欣鞆?qiáng)度會有一個很大的損失。詳細(xì)研究了包括偶聯(lián)劑的用量、溶膠的濃度和pH值、處理方法等參數(shù)。處理后的樣品與BTCA比較，其折皺回復(fù)角增加11.8%，拉伸強(qiáng)度提高18.6%，選定的優(yōu)化條件下的硅膠處理棉織物耐磨性也提高了。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞：</b&

3、gt;</p><p>　　溶膠—凝膠、棉織物、防皺整理、強(qiáng)度損失</p><p><b>　　1、前言</b></p><p>　　由于棉織物經(jīng)過反復(fù)濕摩擦后，纖維位移和纖維素大分子的變形，導(dǎo)致縮水并易起皺。N、N—二羥基—4，5—二羥基咪唑烷（DMDHEU）已經(jīng)成為使用最廣泛的交聯(lián)劑應(yīng)用在紡織工業(yè)中棉織物的防皺整理，由于在DMDHEU和纖維

4、素分子之間形成的醚鍵以獲得機(jī)械穩(wěn)定性的理想時間且給出了甲醛釋放的潛力。甲醛被認(rèn)為是人類致癌物質(zhì)。但不能回避的是顯著降低甲醛的釋放可以通過醚化DMDHEU或繼續(xù)用水解的美國Y—縮水甘油醚氧丙基三甲基硅烷處理整理后的織物，此稱GPTMS解決方案。另一個整理劑為1、2、3、4—丁烷四羧酸（BTCA）與次磷酸鈉的催化（SHP）可以為無甲醛防皺整理的另一種可能。然而，由于解聚和纖維大分子的交聯(lián)導(dǎo)致嚴(yán)重的強(qiáng)度損失，它是相對較小的市場突破的原因之一。

5、</p><p>　　溶膠—凝膠技術(shù)的化學(xué)處理是基于水解和隨后的冷凝金屬或半金屬醇鹽。它是在一個低的溫度下操作的，它能使有機(jī)化合物摻入無機(jī)結(jié)構(gòu)中而不分解。溶膠—凝膠操作已成為一種卓越技術(shù)被應(yīng)用在紡織纖維的涂層去賦予樣品新的和常見的多功能性能，如拒水、拒油、紫外線輻射防護(hù)、抗菌性能、自潔和控制釋放香料。有機(jī)硅涂層技術(shù)的應(yīng)用可以在睡袋、滑翔傘、熱氣球和高性能的運(yùn)動服中看出。硅的柔軟整理對棉纖維織物性能的影響進(jìn)行了報道

6、，并且發(fā)現(xiàn)，溶膠 凝膠處理能顯著提高耐磨性。</p><p><b>　　2、實(shí)驗(yàn)</b></p><p><b>　　2.1材料</b></p><p>　　棉織物（重量141克/平方米）BTCA和SHP可從赫特園際集團(tuán)獲得，正硅酸乙酯（TEOS）、乙醇(EtOH)、Y—基硅烷（MPTS）和無水碳酸鈉被國家控股化學(xué)試劑公

7、司供應(yīng)，鹽酸氨可以從中國醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司獲得了。</p><p><b>　　2.2硅溶膠的制備</b></p><p>　　一定量的正硅酸乙酯分別加入乙醇和不同數(shù)量的MPTS的混合物，然后，加入去離子水和催化劑，TEOS、乙醇和水的摩爾比為1:6:5。該混合物與磁力攪拌器攪拌并且保存在一個振蕩水浴鍋中6小時，確保充分的反應(yīng)。</p><p

8、><b>　　2.3防皺整理</b></p><p>　　BTCA(100克/升)和SHP(50毫克/升)加入一定量的去離子水和由攪拌產(chǎn)生混合物至完全溶解。純棉織物在室溫下浸漬此混合物，浸漬2分鐘。然后，浸漬兩次確保吸濕約80%，實(shí)驗(yàn)墊損傷從臺灣labortex有限公司獲得。處理后的織物在80℃預(yù)干燥4分鐘，并且在160℃下焙烘3分鐘。</p><p><

9、b>　　2.4硅溶膠整理</b></p><p>　　防皺整理后的棉織物浸漬在制備的硅溶膠2分鐘，浸漬兩次確保含濕率為80%，處理后的織物在80℃預(yù)干燥4分鐘，并且在160℃下焙烘3分鐘。</p><p>　　2.5折皺回復(fù)角的測量</p><p>　　棉織物20℃相對濕度為65%的條件下處理24小時，用測試機(jī)器YG(B)541D測試，根據(jù)ISO2

10、313：1972。織物在可控制的時間和負(fù)荷條件下被折疊盒壓縮，然后去除壓痕上的負(fù)荷，測量在兩側(cè)間形成的角度。5個樣品在經(jīng)向上被測量，5個樣品在緯向上被測量，計(jì)算出數(shù)值的平均偏差和緯向值。</p><p>　　2.6拉伸強(qiáng)度的測定 </p><p>　　根據(jù)ISO13934—1：1999，棉織物在20℃，相對濕度為65%的條件下處理24小時后在YG(B)測試機(jī)器上測試，在經(jīng)向方向上的拉伸強(qiáng)度

11、平均要測3次。</p><p>　　2.7耐磨性能的測定</p><p>　　耐磨性能的測定要根據(jù)ISO5470，樣品被安裝在實(shí)驗(yàn)器上，進(jìn)行定義上的負(fù)載，并且以平移運(yùn)動的形式摩擦標(biāo)準(zhǔn)織物，在YG522的測試儀器上測試。耐磨性能可有失重值Wloss 表示：</p><p>　　Wloss = W0 ? W1/S</p><p>　　這里Wlos

12、s是樣品織物每平方米的重量損失（克/平方米），W0是實(shí)驗(yàn)前織物的重量，W1是實(shí)驗(yàn)后織物的重量，S是樣品的摩擦面積（20平方厘米）該Wloss值與耐磨性成反比。</p><p><b>　　2.8整理方法</b></p><p>　　為了研究兩次整理方法對棉織物的物理性能的影響，樣品應(yīng)用不同的方法處理如表一所示： 表1 不同的加工方法</p&g

13、t;<p><b>　　3、結(jié)果與討論</b></p><p>　　3.1 MPTS的用量</p><p>　　MPTS在反應(yīng)體系中可能促進(jìn)TEOS的水解形成聚合物，使這個縮聚聚合物的薄膜與棉纖維交聯(lián)或者使棉纖維的大分子鏈粘合。</p><p><b>　　折皺回復(fù)角／度</b></p><

14、;p>　　MPTS的用量 摩爾／升</p><p>　　圖1，MPTS的用量對織物上折皺回復(fù)角的影響，織物已經(jīng)100%濃度的溶膠溶液和溶膠的pH值處理</p><p>　　圖1表明，折皺回復(fù)角的大小取決于MPTS的用量。顯然，MPTS的用量從0.005摩爾/升至0.02摩爾/升時增加最快，此性能的提高可以有MPTS的作用來解釋。首先，水解的TEOS在MPTS存在下迅速縮聚形成高聚物；

15、其次，形成的高聚物使織物和MPTS交聯(lián)；第三，通過MPTS也能使棉纖維大分子鏈粘合。MPTS的用量越高，聚合度越高，越多的聚合物去粘連織物且越多的大分子鏈交聯(lián)。聚合物與織物的交聯(lián)會形成一種透明柔性物質(zhì)即三維的氧化硅薄膜。織物因受外力時彎曲，當(dāng)施加的力被撤回，大分子鏈的內(nèi)部應(yīng)力會使織物有恢復(fù)其原有形狀的趨勢。這種粘合可改善大分子之間的力，由于固定的膜的柔韌性和與纖維織物的交聯(lián)性，它可以改善這個力。因此提高M(jìn)PTS的用量可以提高形變的恢復(fù)能

16、力，從而提高折皺回復(fù)角?？赡軙辛硪环N解釋：抗外力的能力可以通過纖維直徑的抗彎剛度而提高，MPTS可擔(dān)任使水解TEOS相互集聚形成的橋。MPTS的用量越高，粘合在織物上的聚合物的量越大，纖維的直徑越厚，結(jié)果就產(chǎn)生較強(qiáng)的抗彎剛度，較強(qiáng)的抗外力能力和較大的折皺回復(fù)角。當(dāng)MPTS的用量的進(jìn)一步增加，折皺回復(fù)角的增加不明顯，它有可能達(dá)到飽和值。0.02</p><p><b>　　拉伸強(qiáng)度／牛 </b

17、></p><p>　　MPTS的用量 摩爾／升</p><p>　　圖2，MPTS的用量對用100%濃度，pH為8的溶膠溶液處理的織物拉伸強(qiáng)度的影響</p><p>　　圖2表明，拉伸強(qiáng)度隨MPTS的用增加量而下降。因?yàn)榇嬖诖罅康牧u基，棉纖維內(nèi)分子鏈間的作用力就如氫鍵般非常牢固，當(dāng)外力存在時，首先可能的破壞發(fā)生在無定形區(qū)中大分子鏈內(nèi)部的鍵而不是大分子鏈之間的

18、鍵。這意味著，棉織物斷裂不是分子鏈的滑移。此外，在織物上形成了透明柔性三維硅氧化膜且使纖維間粘合，增強(qiáng)的分子鏈之間的力。因此，粘合的大分子鏈的運(yùn)動受到限制，內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻，主要集中在非結(jié)晶區(qū)的分子鏈上，這導(dǎo)致強(qiáng)度下降。當(dāng)外力足夠強(qiáng)時，在非結(jié)晶區(qū)的分子鏈內(nèi)的鍵斷裂且織物受到損傷。MPTS的量越多，被固定在織物上的聚合物越多，更多的纖維素分子鏈被粘連，結(jié)果，拉伸強(qiáng)度急劇下降。與僅用BTCA處理的樣本比較，當(dāng)MPTS用量為0.02 摩爾/

19、升時，用二氧化硅溶膠處理后的織物在拉伸強(qiáng)度上提高了20.5%。</p><p>　　折皺回復(fù)角／度 </p><p><b>　　溶膠的濃度／%</b></p><p>　　圖3，溶膠的溶度對0.02摩爾／升MPTS溶液pH為8條件下處理的織物的折皺回復(fù)角的影響</p><p>　　拉伸強(qiáng)度／牛 </p&

20、gt;<p><b>　　溶膠的濃度／%</b></p><p>　　圖4，溶膠的溶度對0.02摩爾／升MPTS溶液pH為8條件下處理的織物的拉伸強(qiáng)度的影響</p><p><b>　　3.2硅膠的濃度</b></p><p>　　圖3和4表明，溶膠濃度對棉織物的折皺回復(fù)角和拉伸強(qiáng)度的影響。溶膠濃度從50%增

21、加至100%時，折皺回復(fù)角從238.8度增加至252.4度且拉伸強(qiáng)度從578.2牛頓增加至635牛頓，這些增加是可以獲得的。因?yàn)樵黾尤苣z濃度會增加溶膠的可用性，提高水解的TEOS的量，提高了聚合度，從而提高了固定在棉織物上柔性薄膜的厚度。溶膠的濃度越高，柔性薄膜越厚。當(dāng)織物因受外力而彎曲時，經(jīng)MPTS處理后表面上的彈性厚膜可能會使織物恢復(fù)原來的形狀，薄膜越厚，恢復(fù)形變的能力越強(qiáng)，折皺回復(fù)角越大。薄膜對通過水解的TEOS的縮聚形成的硅—氧

22、—硅鍵有一些影響，當(dāng)外力產(chǎn)生傳遞，薄膜的硅—氧—硅鍵可以承受部分內(nèi)應(yīng)力和少量的外應(yīng)力，這些力被作用到棉織物的大分子鏈中。因此，處理后的織物能承受更大的外力。此外，在纖維表面形成的膜也能提高棉織物的拉伸強(qiáng)度，并且溶膠的濃度越高，拉伸強(qiáng)度增加的越快，換句話說，提高溶膠濃度對提高折皺回復(fù)角和拉伸強(qiáng)度有益。</p><p>　　表2 溶膠濃度對用0.02摩爾／升MPTS，pH為8的溶膠液處理的織物的耐磨性的影響</

23、p><p>　　1：空白（防皺整理的棉織物）</p><p>　　2、3、4、5、6、7用溶膠處理，溶膠濃度分別為50%、60%、70%、80%、90%、100%</p><p>　　耐磨性實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表2之中。與堿用BTCA處理的樣品摩擦127次相比，用硅溶膠處理后的樣品摩擦200次后并無太嚴(yán)重的損傷，這可能是由于在表面形成的薄膜的硅—氧––硅鍵比高分子鏈之間或高分子

24、鏈內(nèi)的鍵要強(qiáng)。當(dāng)相同的外力傳遞給處理和未處理的棉織物，用硅溶膠處理的棉織物的損傷更輕一些。另一方面，耐磨性取決于折皺回復(fù)角和拉伸強(qiáng)度。從以上討論的結(jié)果可知，通過硅溶膠處理后，提高折皺回復(fù)角和拉伸強(qiáng)度都是可以實(shí)現(xiàn)的。因此，改善耐磨性是可以實(shí)現(xiàn)的。換句話說，用溶膠處理棉織物有較好的耐磨性，耐磨性隨溶膠濃度增大而提高，當(dāng)溶膠濃度為100%時，具有最優(yōu)的耐磨性質(zhì)。</p><p><b>　　3.3溶膠的pH值

25、</b></p><p>　　折皺回復(fù)角／度 </p><p><b>　　pH值</b></p><p>　　圖5，pH值對用0.02摩爾／升MPTS和濃度為100%溶膠溶液處理的織物的折皺回復(fù)角的影響</p><p>　　如圖5，當(dāng)溶膠的pH值從4增至6或從7增至10.5時，折皺回復(fù)角都增大了，但當(dāng)

26、pH值從6增加到7，數(shù)值反而降低了。在溶膠液中，TEOS的水解會受到鹽酸或氨的催化，pH值為7且無催化劑的溶膠溶液的水解是不能發(fā)生的，固定在織物表面的聚合物會更少且薄膜會更薄。當(dāng)織物受外力彎曲時，恢復(fù)原來的形狀的能力變得更弱，因?yàn)榉肿娱g的作用力變小且折皺回復(fù)角也變小。然而該溶膠的pH值為4和6之間時，因?yàn)镠 +的存在，被高溫焙烘后，纖維素大分子鏈間相鄰的葡萄糖單體之間的糖苷鍵會斷裂引起棉纖維的降解，這必將導(dǎo)致棉織物的折皺回復(fù)角和拉伸強(qiáng)度

27、降低。并且酸性溶膠越多，纖維的損傷的程度越大，折皺回復(fù)角和拉伸強(qiáng)度越小。另一方面，當(dāng)制備堿性溶膠，纖維溶脹且損傷減小，分子鏈間的作用力受到較小的負(fù)面影響。此外，TEOS水解產(chǎn)生的氫氧根離子在堿性條件下親核進(jìn)攻硅原子。較高的pH值導(dǎo)致更多的氫氧根離子和正硅酸乙酯水解，在處理后的棉織物上形成較厚的柔性薄膜。因此，在堿性介質(zhì)中折皺回復(fù)角的數(shù)值會隨著溶膠的pH值的增加而增大。</p><p>　　拉伸強(qiáng)度／度 &

28、lt;/p><p><b>　　pH值</b></p><p>　　圖6，pH值對用0.02摩爾／升MPTS和濃度為100%溶膠溶液處理的織物的拉伸強(qiáng)度的影響</p><p>　　對于拉伸強(qiáng)度，如圖6可知，在堿性介質(zhì)中數(shù)值會隨著溶膠液的pH值的增大而降低。這可能是由于在較高的pH值下， TEOS水解的速度過快導(dǎo)致在織物表面的膜不均勻分布。溶膠液的p

29、H值越高，水解速度越快。也導(dǎo)致膜的更不均勻分布。當(dāng)外力傳遞時，產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力會集中在較弱的區(qū)域，然后拉伸強(qiáng)度也會隨著pH值的增大而降低。</p><p>　　折皺回復(fù)角／度 </p><p><b>　　方法</b></p><p>　　圖7，處理方法對用0.02摩爾／升MPTS，濃度為100%硅溶膠，pH為9處理的織物的折皺回復(fù)角的

30、影響</p><p>　　如表1所示，在圖7中，首先用BTCA處理的樣品的折皺回復(fù)角（方法1，3和5）高于首先用硅溶膠處理的樣品（方法2，4和6 ）。這可能是因?yàn)榉椒?，3和5中BTCA能更好的與織物交聯(lián)，而方法2，4和6 中存在硅溶膠的阻礙， BTCA不能充分與織物接觸并反應(yīng)。方法1 似乎是提高折皺回復(fù)角的最有效的方法，BTCA能夠完全與織物交聯(lián)并且二氧化硅膜也改善了織物的彈性。相比于方法1 ，在方法3 中，浸

31、漬BTCA整理液只需干燥，然后浸漬硅溶膠液，BTCA的用量較小。在方法5中，浸漬BTCA整理液的樣品直接浸漬硅溶膠溶液，與織物交聯(lián)的BTCA很少，可能會減弱抗皺整理的效應(yīng)。</p><p>　　拉伸強(qiáng)度／度 </p><p><b>　　方法</b></p><p>　　圖8，處理方法對用0.02摩爾／升MPTS，濃度為100%硅溶膠，

32、pH為9處理的織物的拉伸強(qiáng)度的影響</p><p>　　在圖8中，用方法1和2 處理的樣品比用其他方法處理的樣品拉伸強(qiáng)度較低，這可能歸咎于兩次的焙烘。當(dāng)在160℃下焙烘時，纖維素的高分子鏈的吡喃葡萄糖基開始脫水，纖維素大分子鏈縮短，羰基和羧基數(shù)目增加，這些將導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度下降。然而，相比于僅用BTCA處理的樣品，用方法1 處理的樣品拉伸強(qiáng)度也增加了約18.6%，因?yàn)樵诳椢锉砻娲嬖诠潭ㄖ亩趸枘?。與方法1 相比，

33、方法2 中存在MPTS和二氧化硅薄膜可以更好的交聯(lián)和固定織物。二氧化硅薄膜在改善織物的拉伸強(qiáng)度有積極的影響。方法5和6處理的樣品，經(jīng)一次干燥和焙烘具有較好的拉伸強(qiáng)度。然而，可能基于BTCA和防皺整理浴的相互作用和硅溶膠處理浴，這些樣品的拉伸強(qiáng)度不是很高。用方法3和4 處理的織物，在兩次干燥和一次焙烘的條件下似乎有最佳的拉伸強(qiáng)度。第一次的干燥可能防止兩個處理浴的相互作用，從而增強(qiáng)硅溶膠處理的效果</p><p>　

34、　表3 處理方法對用0.02摩爾／升MPTS，濃度100%溶膠液，pH為9處理的織物耐磨性能的影響</p><p>　　表3總結(jié)了處理方法對耐磨性的影響。不同的方法造成一點(diǎn)小小的差異。200次的摩擦后，由于所有樣品上形成柔性薄膜，全部樣品沒有嚴(yán)重的損傷。方法2 可能獲得優(yōu)良的耐磨性能，耐磨性能是纖維的強(qiáng)度，延伸性和彈性的綜合體現(xiàn)。用方法2處理的樣品比其他方法可能有最完美的膜，這個膜可能給織物提供優(yōu)良的延伸性和彈

35、性，從而提高耐磨性。</p><p><b>　　4、結(jié)論</b></p><p>　　選定的MPTS濃度為0.002摩爾／升，溶膠濃度為100%，pH值大約為9，并且用硅溶膠處理后進(jìn)行DP方法處理，相比于未經(jīng)BTCA處理的樣品，在更優(yōu)的條件下經(jīng)硅溶膠處理的棉織物折皺回復(fù)角提高11.8%，拉伸強(qiáng)度提高18.6%是可以實(shí)現(xiàn)的。與僅用BTCA處理后的樣品損壞程度相比，摩擦