涤纶织物超疏水有机硅改性硅溶胶的制备及应用

涤纶织物超疏水有机硅改性硅溶胶的制备及应用

0有机硅改性硅溶胶的制备超稀疏水表面通常是指与水接触的面积大于150的表面。本课题以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为前驱体,在水溶液中通过水解缩合反应制备单分散有机杂化硅溶胶,用N-(β-氨乙基)亚氨丙基侧链改性氨基硅油(NAASO)对其改性,通过一步法制备有机硅改性硅溶胶,并将其用于涤纶织物仿生超疏水整理。1测试1.1氨基处理试剂织物涤纶机织物(市售)试剂甲基三甲氧基硅烷(MTMS,分析纯,国药集团化学试剂有限公司),N-(β-氨乙基)亚氨丙基侧链改性氨基硅油(NAASO,工业级,苏州联胜化工有限公司),氨水(分析纯,无锡市展望化工试剂有限公司),乳化剂AEO-3、乳化剂AEO-7、十二烷基硫酸钠(SDS)(均为化学纯,浙江皇马化工集团)1.2有机硅改性硅溶胶的制备将MTMS和相对其质量6%的乳化剂(AEO-3、AEO-7和SDS复配)加入到100mL蒸馏水中,使用高速剪切分散乳化机剪切10min,均匀分散后,倒入装有磁力搅拌器和温度计的250mL四口圆底烧瓶中,置于40℃的水浴中恒温加热,在搅拌条件下逐滴加入氨水,水解4h后,再向反应体系中滴加一定量的NAASO,继续恒温搅拌2h,得到有机硅改性硅溶胶。反应式如下:(1)制备硅溶胶中间体的反应式:1.3温度浸渍整理液(二浸二轧,轧余率70%)→预烘(100℃,5min)→焙烘(150℃,2min)→恒温恒湿24h(温度20℃,相对湿度40%)1.4测试1.4.1红外光谱KBr压片法制样,采用智能型傅里叶红外光谱仪进行测试。1.4.2x射线光电子能谱分析用PHI-5400型X光电子能谱仪对整理前后织物表面元素进行分析。1.4.3扫描电子显微镜将纤维样品用导电胶固定在样品台上,喷金后用冷场发射扫描电镜观察涤纶纤维表面。1.4.4粒数用ZS90纳米粒径电位分析仪对合成的有机硅改性硅溶胶进行测试。1.4.5接触角用接触角测量仪测定,液滴体积5μL,每个织物测定5次,取平均值。1.4.6稀疏水性能参照AATCC22—2005《纺织品拒水性测试喷淋法》测试,与标样对照评级。1.4.7耐洗性能参照AATCC61—2007《耐洗色牢度:加速》中1A方法进行测试。1.4.8断裂力参照GB/T3923.1—1997《纺织品织物拉伸性能第1部分:断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》进行测试。1.4.9柔软度参照ZBW04003—1987《织物硬挺度试验方法斜面悬臂法》,在M507织物自动硬挺度测试仪上进行测试。1.4.10刻度参照GB/T8424.2—2001《纺织品色牢度试验相对白度的仪器评定方法》,采用WSB-2型数显白度仪进行测试。2结果与讨论2.1改变硅溶胶的粒径和织物的蜀水效果的影响因素2.1.1mtms用量N-(β-氨乙基)亚氨丙基侧链改性氨基硅油(NAASO)质量浓度为10g/L,pH值为8.5时,改变甲基三甲氧基硅烷(MTMS)质量浓度,其对改性硅溶胶粒径及整理后涤纶织物疏水性的影响见表1。由表1可知,随着MTMS质量浓度的增加,改性硅溶胶粒径逐渐增大。这是因为反应体系中MT-MS质量浓度增大时,水解形成硅溶胶粒子数量增多,彼此相互作用缩合的概率增加,导致颗粒增长期延长,从而易聚集形成较大的硅溶胶粒子,使硅溶胶的平均粒径有所增大。而将改性硅溶胶整理到织物上,随着MTMS用量的增加,接触角及疏水等级逐渐增大,但当MTMS质量浓度为60g/L以上,接触角和疏水等级开始减小。这可能是因为MT-MS水解形成的硅羟基与NAASO的羟基缩合,在纤维中引入低表面能物质,同时形成具有疏水性的Si—O—Si健,提高了疏水性。但MTMS用量过高时,硅溶胶表面还有多余的硅羟基,使疏水性降低。因此,MTMS质量浓度以60g/L为好。2.1.2naaso质量浓度当甲基三甲氧基硅烷(MTMS)的质量浓度为60g/L,pH值为8.5时,改变N-(β-氨乙基)亚氨丙基侧链改性氨基硅油(NAASO)质量浓度,其对改性硅溶胶粒径及整理后涤纶织物疏水性的影响见表2。由表2可知,随着NAASO质量浓度的加大,改性硅溶胶粒径增大,接触角和疏水等级先增大后减小。当NAASO质量浓度为10g/L时,涤纶织物表面与水的接触角为151.2°,达到超疏水表面要求。这是因为MTMS水解生成许多羟基,而加入NAASO,利用羟基之间的相互作用,消除硅溶胶与NAASO上的亲水基团,形成有机硅改性硅溶胶;并且NA-ASO为低表面能物质,使疏水性提高。但当NA-ASO质量浓度增加到20g/L时,接触角和疏水等级明显下降。这是由于NAASO表面能较低,若其用量过高,自身疏水的NAASO难以进入胶束参与缩合反应,影响体系的稳定性,使得疏水性能下降。综上,NAASO质量浓度以10g/L为好。当MTMS质量浓度为60g/L,NAASO质量浓度为10g/L时,整理液pH值对改性硅溶胶粒径及整理后涤纶织物疏水性的影响见表3。由表3可知,改性硅溶胶粒径随pH值的增大先减小后增加。氨水对整理后涤纶织物的疏水性也有显著影响。未加入氨水时,改性硅溶胶极不稳定,整理后涤纶织物疏水等级只有50分,但pH值为8.5时,整理后涤纶织物具有超疏水效果,接触角为150.7°,此时疏水性能达到最高等级100分。这是因为氨水用量增加,溶液中OH2.2用硅改性硅溶胶的红外光谱如图1所示,在2963、2872cm2.3整理前后涤纶织物表面元素的变化有机硅改性硅溶胶对涤纶织物进行超疏水整理,采用X射线光电子能谱仪(XPS)分析整理前后涤纶织物表面的元素变化,如图2所示。由图2可知,与未整理涤纶织物相比,整理后涤纶织物的XPS谱图多出Si的2s和2p峰。说明经有机硅改性硅溶胶整理后的涤纶织物表面有Si元素存在,即改性硅溶胶已沉积在涤纶织物表面。2.4纤维表面粗糙度结构的测定通过扫描电镜对超疏水整理前后涤纶纤维表面形态进行观察,结果如图3所示。由图3可见,整理前后涤纶纤维的表面粗糙度发生明显变化。经过有机硅改性硅溶胶整理的纤维表面有明显乳突状的粗糙结构,且乳突粒径大小有所差异,与荷叶表面的微结构相似,尽管没有荷叶表面粗糙结构分布均匀,但是在纤维表面也形成了一定的粗糙结构,空气会存在于粗糙结构之间,在表面形成一层稳定的气体薄膜,水珠无法进入,使纤维表面具有疏水性。整理后经过20次皂洗,涤纶纤维表面仍具有一定的粗糙结构。这是因为N-(β-氨乙基)亚氨丙基侧链改性氨基硅油在纤维表面易铺展成膜,使合成的有机硅改性硅溶胶与涤纶纤维的牢度增加,具有较好的耐洗性。2.5超疏水性能提高涤纶织物的接触角由图4可知,未整理的涤纶织物表面很快被水润湿。而经有机硅改性硅溶胶整理的涤纶织物接触角为151.2°,接触角明显增大。这是因为NAASO上的羟基与硅羟基相互作用,形成Si—O—Si键,消除了硅羟基。并且NAASO具有较低的表面张力及在织物表面易铺展成膜的性能,使涤纶织物具有超疏水效果。将有机硅改性硅溶胶整理的涤纶织物皂洗20次后,接触角仍可达到131.5°,具有较好的耐洗性。2.6整理后涤纶织物的物理性能涤纶织物采用有机硅改性硅溶胶进行超疏水整理,整理前后及整理后经20次皂洗涤纶织物的主要物理性能见表4。由表4可知,有机硅改性硅溶胶整理后,涤纶织物各项物理性能保持良好。断裂强力和白度变化较小,说明有机硅改性硅溶胶基本不影响涤纶织物的强力和白度。但整理后涤纶织物的弯曲刚度有所下降,即柔软性增加。这主要是N-(β-氨乙基)亚氨丙基侧链改性氨基硅油独特的性能使整理后的涤纶织物拥有柔软的手感。有机硅改性硅溶胶整理后的涤纶织物皂洗20次后,断裂强力、弯曲刚度和白度变化不大,说明有机硅改性硅溶胶整理的涤纶织物具有较好的耐洗性。3有机硅改性硅溶胶整理织物(1)当甲基三甲氧基硅烷质量浓度为60g/L,N-(β-氨乙基)亚氨丙基侧链改性氨基硅油的质量浓度为10g/L,整理液pH值为8.5时,在乳化剂的作用下,制备的有