用表面活性剂改善丙纶非织造布亲水性的工艺优化

王晶晶，解 芳，吴承龙

(内蒙古工业大学，内蒙古 呼和浩特 010080)

用表面活性剂改善丙纶非织造布亲水性的工艺优化

王晶晶，解 芳*，吴承龙

(内蒙古工业大学，内蒙古 呼和浩特 010080)

为改善丙纶非织造布的亲水性能，采用十二烷基硫酸钠和曲拉通两种表面活性剂对其进行浸渍处理，通过单因子和复配试验探析了其最佳处理工艺。结果表明，经改性处理后丙纶非织造布的亲水性得到了极大改善，且复配处理的效果优于单因子，其最佳工艺为十二烷基硫酸钠浓度0.15%，曲拉通浓度0.05%，浸渍温度35 ℃，浸渍时间120 s。

丙纶非织造布；亲水性；表面活性剂；工艺优化

丙纶非织造布主要由等规聚丙烯组成，其分子结构具有较高的立体规整性，因此比较容易结晶[1-2]。聚丙烯的突出优点是低成本，易于处理，机械性能良好，化学稳定性好无毒，是一种最常用的聚合物[3]。但是其聚合单体的单一性，使其分子链几乎没有-OH、-COOR等极性基团和功能基团，故其染色性、亲水性、抗污性能差。

对疏水膜的表面亲水化改性得到了越来越多的关注[4]，付薇应用表面活性剂对丙纶改性后其亲水性提升明显[5]；蔡兵研究表面活性剂在非织造布表面的吸附提高了其表面亲水性，其中阴离子型和非离子型表面活性剂的表面改性效果要优于阳离子型表面活性剂[6]。所以本项目选取在工业中广泛应用的十二烷基硫酸钠和曲拉通X-100即辛基苯基聚氧乙烯醚两种表面活性剂，来对丙纶非织造布进行浸渍改性，在单因子试验基础上进行复配试验，以探究其亲水性的最佳改性工艺。

1 试验部分

1.1 材料和仪器

试验材料：丙纶非织造布，十二烷基硫酸钠，曲拉通X-100，纯净水；试验仪器：烘箱，水浴锅，电子秤等。

1.2 实验设计

(1)单因子试验 将丙纶非织造布裁剪成32块布并分别编号，用十二烷基硫酸钠处理的试样编号为A1到A15；用曲拉通处理的试样编号为B1到B15。另外，取两张原布试样作样本，标为试样1和试样2。浸液浓度为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25% ；温度为20、25、30、35、40 ℃；时间为60、90、120、150、180 s。

(2)复配试验 通过以上试验测得透水率，可得到每组试验的最佳浓度、浸渍温度和浸渍时间；然后将两种改性剂用各自的最佳配比进行复配试验，测试改性后的透水率，并与原布和单种改性剂的改性效果进行对比分析，得出最佳改性工艺。

1.3 测试方法

(1)吸水率[7]在标准状况下用针筒吸取2 ml纯净水，均匀喷洒在垂直放置的布面上，通过称取喷水前和喷水后布的重量来计算布的吸水率；重复喷水3次，取其平均值。

(2)实物图 通过比较处理前、后样布在滴水后的渗透情况，直观分析其亲水性。

(3)吸水时间 将试样裁成15 cm×15 cm大小试样，用松紧带绷紧在烧杯口处，在烧杯口垂直上方1 cm处滴一滴水，记录水滴对光镜面反射消失的时间。

(4)毛细效应 将试样垂直夹持在支架上，下端浸入28 ℃恒温水浴锅中，水面位于布面0.8～1 cm处，30 min后观察水面上升的高度，重复三次取其平均值。

(5)红外光谱 对表面活性剂处理前、后的丙纶布试样，用IR Affinity-1型傅里叶变换红外光谱仪分析，以判断有无新官能团的产生。

2 结果和分析

2.1 丙纶非织造布原样亲水性

表1是丙纶非织造布原样的亲水性测试结果。由表1可看出，未经处理的丙纶非织造布吸水性很差，几乎不具备吸水能力，所喷水是以小水珠形态残留在布表面的。

表1 织物原样亲水性测试结果

2.2 单因子试验分析

2.2.1 浸渍浓度

选用相同的浸渍温度和时间，考察表面活性剂浓度对亲水性的影响，如图1所示。

由图1可知，用十二烷基硫酸钠改性时随着浓度的升高，吸水率缓慢上升后又缓慢降低，当浓度为0.15%时改性效果最佳；用非离子表面活性剂曲拉通改性时随着浓度的升高，吸水率整体上呈下降趋势，当浓度为0.05%时处理效果最佳。并且在各自的最佳浓度条件下，十二烷基硫酸钠的改性效果要优于曲拉通。

对用十二烷基硫酸钠处理，当浓度为0.05%～0.1%时表面活性剂的疏水基团与丙纶布结合，亲水基团伸向空气中通过定向排列形成吸附层，吸水率从81.05%提高到82.55%，提升了丙纶布的亲水性；随着浓度从0.1%增加到0.15%时吸附层增多，吸水率上升到93.05%，亲水性进一步提高；当浓度达到最适浓度时继续增大浓度，表面活性剂就会叠加，亲水基与亲水基结合，疏水基伸向空气中降低了织物表面的亲水性，吸水率反而下降到85.25%。

2.2.2 浸渍时间

选用各自的最佳浓度，固定相同的浸渍温度，浸渍时间对亲水性的影响如图2所示。

由图2可看出，用十二烷基硫酸钠改性时，吸水率缓慢升高后又下降，在120 s时改性效果最佳；用曲拉通改性时，吸水率也是先升高后降低，浸渍时间为150 s时改性效果最佳。并且在各自最佳浓度和浸渍时间条件下，曲拉通的改性效果要优于十二烷基硫酸钠。

由于溶液浓度需要维持在一种平衡状态，故开始时丙纶布表面的浓度较低，表面活性剂产生迁移吸附在丙纶布表层，形成亲水层；随着时间的延长丙纶布表面的浓度慢慢与溶液浓度一致，十二烷基硫酸钠达到平衡所需时间为120 s，曲拉通为150 s，此时丙纶布在单种表面活性剂改性时效果最佳。继续延长时间丙纶布表面的浓度大于溶液浓度后，表面活性剂又向溶液中迁移，故丙纶布的亲水性反而降低。

2.2.3 浸渍温度

选用各自最佳的浓度和浸渍时间，浸渍温度对亲水性的影响如图3所示。

由图3可看出，由于试验误差的存在，曲线规律不很明显；但整体上用两种表面活性剂改性后丙纶的吸水率随着温度的升高而增大，当超过最适温度时吸水率又下降。并且两种表面活性剂的最适浸渍温度均为35 ℃，此时改性效果最佳。这是因为随着温度的升高，溶解性增大表面活性剂的分散性增强，改性效果增强；当超过最适温度时溶解性降低，吸水率下降。

由上可得出，用十二烷基硫酸钠对丙纶非织造布改性的最佳方案为浓度0.15%，浸渍温度35 ℃，浸渍时间120 s；用曲拉通改性的最佳方案为浓度0.05%，浸渍温度35 ℃，浸渍时间150 s。两种表面活性剂在各自最佳工艺条件下，曲拉通的改性效果略优于十二烷基硫酸钠。

2.3 复配试验分析

确定两种复配方案，C1：十二烷基硫酸钠浓度0.15%，浸渍温度35 ℃，浸渍时间120 s；曲拉通浓度0.05%，浸渍温度35 ℃，浸渍时间120 s。C2：十二烷基硫酸钠浓度0.15%，浸渍温度35 ℃，浸渍时间150 s；曲拉通浓度0.05%，浸渍温度35 ℃，浸渍时间150 s。其复配试验结果如表2所示。

表2 复配试验结果

从表2可看出，当用0.15%浓度的十二烷基硫酸钠和0.05%浓度的曲拉通复配，浸渍温度35 ℃，浸渍时间120 s时，改性效果最佳达到了98.35%。另外，试验证明，复配的改性效果要明显优于单种表面活性剂的改性效果。

2.4 试样实照

图4-7记录了在不同试样上滴2 ml纯净水，2 s过后的实照图像。由此可看出，未经处理的试样吸水性很差，几乎不吸水，水在布面形成一个大水珠可轻易去除。经处理后的试样亲水性得到明显改善，水滴在布上很快便吸收进去；且图7试样相较前面两组水润湿更均匀，说明其亲水性更好。即复配试验效果要优于单种改性效果。

2.5 吸水时间

从丙纶试样上选取5个点进行吸水时间试验，得到5个测试结果取其平均值，如表3所示。试验结果显示复配后的效果要远优于未处理原样。

表3 吸水时间测试结果 单位：s

2.6 毛细效应

表4是对原样和复配处理样3次毛细效应测试情况。由表4可知，未经处理的丙纶布水的上升高度为零，基本不具有亲水性，经复配处理后上升高度大增，复配处理很好地提升了丙纶布的亲水性。

表4 毛细效应测试结果 单位：mm·(30 min)-1

2.7 红外光谱

由图8可知，经表面活性剂处理后丙纶非织造布产生了新的吸收峰，分别位于1 100 cm-1附近的亲水性醚键(C-O-C)，1 200 cm-1附近的S=O，1 300-1 500 cm-1的-OH、3 600-3 750 cm-1的-OH。即经处理后丙纶布表面引入了新的亲水活性基团。

3 结论

用十二烷基硫酸钠和曲拉通X-100两种表面活性剂都能使丙纶非织造布获得良好的亲水性，且以两种改性剂的最佳配比做复配改性的效果要明显优于用单一改性剂的改性效果。

十二烷基硫酸钠的最佳改性工艺为浓度0.15%，浸渍时间120 s，温度35 ℃；曲拉通X-100的最优改性工艺为浓度0.05%，浸渍时间150 s，温度35 ℃。两种表面活性剂复配处理的最优工艺为十二烷基硫酸钠浓度0.15%，曲拉通X-100浓度0.05%，浸渍温度35 ℃，浸渍时间120 s。

[1] 谭长江. 聚丙烯/氢氧化镁复合材料结晶行为研究[D].北京：北京化工大学，2012.

[2] 周丽莉，邓鹏扬，吴 航，等. (3-羟基丁酸-3-羟基戊酸)共聚物异相成核结晶行为[J]. 应用化学，2006，(1)：89-93.

[3] Amir Saffar，Pierre J Carreau， Musa R Kamal，etal.HydrophilicmodificationofpolypropylenemicroporousmembranesbygraftingTiO2nanoparticleswithacrylicacidgroupsonthesurface[J].Polymer, 2014，55(23): 6 069-6 075.

[4]Yun-FengYang，Ling-ShuWan，Zhi-KangXu.Surfacehydrophilizationforpolypropylenemicroporousmembranes:Afacileinterfacialcrosslinkingapproach[J].JournalofMembraneScience，2009，326(2): 372-381.

[5] 付 薇，梁 亮，郑敬生，等. 双季铵盐表面活性剂的合成及对织物的应用性能[J]. 日用化学工业，2009，(5):308-312.

[6] 蔡 兵. 表面活性剂对非织造布表面再润湿性的改善[J]. 四川联合大学学报(工程科学版)，1998，(6)：8-13.

[7] 张月庆，钱晓明. 聚丙烯非织造布亲水改性方法与评价指标[J].产业用纺织品，2011，(7)：33-36.

Process Optimization of the Hydrophilicity of Polypropylene Nonwovens Using Surfactant

WANG Jing-jing, XIE Fang*, WU Cheng-long

(Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010080, China)

Sodium dodecyl sulfate (SDS) and nonionic surfactant Triton were used to dipping finishing on polypropylene nonwoven fabric to improve the hydrophilicity. The optimum process was explored through the single factor and compound experiment. The results showed that the hydrophilicity of the modified polypropylene (PP) nonwoven cloth was greatly improved, and the experiment of complex treatment effect was better than that of single factor. The optimum process was sodium dodecyl sulfate concentration of 0.15%, Triton concentration of 0.05%, impregnation temperature of 35 ℃, and dipping time of 120 s.

polypropylene nonwovens; hydrophilic; surface active agent; process optimization

2016-08-30；

2016-09-02

内蒙古工业大学校重点基金项目(ZD201321)；内蒙古自治区高等学校科学研究项目(NJZY16097)

王晶晶(1987-)，女，河北保定人，在读硕士研究生，主要研究方向为材料改性。

*通信作者：解 芳，副教授，E-mail:xiefzhl@163.com。

TQ423

B

1673-0356(2016)10-0022-04