改性工艺对棉织物无盐抗紫外整理的影响

曹机良 陈艺佳 李峻 孟春丽 李武龙 胡会娜

摘要：采用PECH—amine对棉织物进行阳离子化改性，然后用反应型紫外线吸收剂UV—SUN CEL LIQ对改性棉织物进行无盐抗紫外整理，探讨了改性剂和氢氧化钠用量、改性温度和时间对改性棉织物抗紫外线性能的影响，测试了整理织物的UPF指数、紫外线透过率和耐洗性能。结果表明：当改性剂PECH—amine 10 g/L，氢氧化钠10 g/L，改性温度90 ℃，保温时间60 min时，改性后棉织物用UV—SUN CEL LIQ 3%（owf）抗紫外线整理的UPF指数可达到75左右，经过30次标准水洗之后，其UPF指数仍可保持在65以上。

关键词：棉织物;改性;紫外线吸收剂;无盐;UPF指数

中图分类号：TS195.5

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2019）01-0070-04

近年来随着工业的迅速发展，空气污染加剧，臭氧层遭受了很大的破坏，紫外线辐射大大加强，使人们患皮肤病和皮肤癌的几率大大增加，因此织物的抗紫外线性整理成为研究热点[1—2]。常规的紫外线吸收剂应用于织物抗紫外线整理，存在耐洗牢度差的问题[3]，而反应型紫外线吸收剂可与纤维素发生共价键结合，获得较好的耐洗牢度[4—5]。由于反应型紫外线吸收剂与活性染料结构相似，但结构比活性染料更加简单，故与棉纤维之间的亲和力较小，整理过程中需要加入大量的无机盐。而含有大量盐分的废水，会对染整废水后处理造成很大的困难[6]。因此对棉织物进行化学改性[7—8]成为提高抗紫外线整理效果和利用率的方向，其中阳离子化改性成为一种比较有效的途径。棉织物经过阳离子化改性后，纤维可接枝大量的阳离子可反应性基团，这样与活性染料结构类似的反应型阴离子紫外吸收剂UV—SUN CEL LIQ和纤维之间的斥力转變成了引力，增强了对LIQ的吸附能力，所以吸附的LIQ增多，LIQ可与纤维上的阳离子基团发生离子键反应，而且可与纤维上的羟基或氨基生成大量的共价键，因此可实现反应型紫外吸收剂在无盐条件下的抗紫外线整理。

本实验采用PECH—amine为改性剂，对棉织物进行阳离子化改性，探究各改性因素对改性棉织物无盐抗紫外线整理的影响，优化棉织物改性工艺，提高其抗紫外线整理性能。

1试验

1.1试验材料与仪器

织物：14.5 tex，110 g/m2棉针织物。

化学品：阳离子改性剂PECH—amine（东华大学），反应型紫外线吸收剂UV—SUN CEL LIQ（亨斯迈纺织染化公司），氢氧化钠、碳酸钠（天津市德恩化学试剂有限公司）。

仪器：红外线高温染色机IR—24S、振荡水浴锅RC—Z2400和定型烘干机PC—9X（上海一派印染技术有限公司），UV—2000F纺织物防晒指数分析仪（美国Labsphere公司）。

2结果与讨论

2.1改性剂用量对棉织物抗紫外性能的影响

NaOH 10 g/L，浴比1∶40，室温投入棉织物进行改性，以1 ℃/min升温至90 ℃，保温60 min，阳离子改性剂PECH—amine用量对棉织物抗紫外线性能的影响如图1所示。

由图1可知，当改性剂质量浓度小于10 g/L时，随着改性剂用量的增加，UPF指数逐渐增加，UVA和UVB透过率逐渐下降，这说明棉织物的抗紫外线性能逐渐增强，在改性剂质量浓度为10 g/L时UPF指数达到最大值，之后逐渐下降，UVA和UVB透过率达到最小值，之后呈上升趋势，这说明棉织物的抗紫外线性能在改性剂为10 g/L时达到最大，之后逐渐减弱。这是因为棉织物经阳离子改性剂PECH—amine改性后带上了正电性，LIQ与棉织物之间由斥力变为引力，带负电的LIQ容易通过离子键结合而吸附到改性棉织物上，从而实现棉织物的无盐紫外线防护整理，同时吸附在改性棉织物上的LIQ的活性基可与棉织物以共价键结合。且随改性剂用量的增加，织物上生成的正电荷基团越多，增强了纤维对LIQ的吸附能力，纤维吸附结合的LIQ增多，所以棉织物的UPF指数逐渐增大，UVA和UVB透过率逐渐减少;当改性剂达到一定用量时，织物吸附结合改性剂的量达到饱和，继续增加其用量，则改性剂质量浓度变大，粘度增加，流动性减小，不利于改性剂向纤维内部扩散、吸附和结合，因此改性后的棉织物与LIQ结合的量降低，使织物的UPF指数减小，UVA和UVB透过率增加，抗紫外线性能减弱，因此改性剂用量不易过高，可选择10 g/L。

2.2改性温度对棉织物抗紫外性能的影响

NaOH 10 g/L，改性剂10 g/L，浴比1∶40，室温投入棉织物进行改性，以1 ℃/min升温至所需温度，保温60 min，改性温度对棉织物抗紫外线性能的影响如图2所示。

由图2可知，随改性温度的升高，整理织物的UPF指数先增加后降低，UVA和UVB透过率先减小后增加，在90 ℃时UPF指数达到最大值，UVA和UVB透过率达到最小值，这说明此条件下织物的抗紫外线性能最好，且都能达到织物抗紫外线性能的标准要求。这是因为当改性温度较低时，棉纤维的膨化程度较低，未达到改性剂和棉纤维反应结合的活化能，而改性剂只能吸附在棉纤维表面，仅有很少部分进入到纤维内部，所以改性棉织物共价结合的LIQ量较少，织物的抗紫外性能较低;随着改性温度的升高，棉纤维的膨化程度增大，空隙增大，改性剂的运动动能增大，改性剂更容易进入棉纤维内部与纤维吸附和结合，使可与LIQ反应结合的阳离子基团增加，因此棉织物的抗紫外线性能增加;改性温度过高，改性剂和纤维之间的结合键的稳定性降低，改性剂在碱存在下反应过快，不利于改性的均匀性，且高温会加快改性剂的水解反应，使阳离子改性效果降低，因此改性棉织物结合的LIQ量减小，抗紫外线性能减弱，所以温度过高或过低都不利于棉织物阳离子改性，综合考虑可选择棉织物的改性温度为90 ℃。

2.3改性时间对棉织物抗紫外性能的影响

NaOH 10 g/L，改性剂10 g/L，浴比1∶40，室温投入棉织物进行改性，以1 ℃/min升温至90 ℃，保温一定时间，改性时间对棉织物抗紫外线性能的影响如图3所示。

由图3可知，随改性时间的延长，织物的UPF指数逐渐增加，UVA和UVB透过率逐渐降低，但改性10 min织物的UPF即达到60。这说明织物的抗紫外线性能在短时间内即达到较高效果，随改性时间的延长还继续逐渐增强。这是因为在初始反应阶段，改性剂与棉织物的反应性较高，反应速率较快，继续延长改性时间，有利于改性剂进入纤维内部，与棉纤维发生充分反应，所以改性后的棉织物可与LIQ发生共价结合的基团增多，抗紫外线性能增强;一定改性时间后，织物改性完全，纤维吸附达到饱和，若改性时间继续延长，棉织物不再与更多的改性剂反应，所以织物的UPF指数以及UVA和UVB透过率在改性45 min后变化较小。综合考虑棉织物改性的充分性和均匀性，及使未发生共价键合的改性剂去除，可选择适宜的改性时间为60 min。

2.4氢氧化钠用量对棉织物抗紫外性能的影响

改性剂10 g/L，浴比1∶40，室温投入棉织物进行改性，以1 ℃/min升温至90 ℃，保温60 min，氢氧化钠用量对棉织物抗紫外线性能的影响如图4所示。

由图4可知，加入NaOH改性后棉织物的UPF指数

明显增加，UVA和UVB透过率明显降低，说明PECH—amine改性棉织物需要在碱性条件下进行，且随着NaOH用量的增加，UPF指数逐渐增加趋于平衡，这说明整理后棉织物的抗紫外线性能逐渐增强趋于稳定。这是因为NaOH的加入使溶液呈碱性，NaOH在棉织物改性中起到了催化作用，可以促进改性剂中的氯甲基与棉纤维羟基发生亲核反应[9]，提高改性效果，所以整理后的棉织物的抗紫外线性能逐渐增强;当NaOH质量浓度大于10 g/L时，碱剂的加入不仅会促进催化改性剂和棉纤维的反应，同时也会促使改性剂的水解反应，使部分改性剂断键脱落，减少纤维上的改性剂含量，所以NaOH用量过大会减弱整理后棉织物的抗紫外线性能，且对棉纤维存在一定的潜在损伤，因此可选择质量浓度为10 g/L。

2.5抗紫外线防护整理织物的耐洗性

棉织物在改性剂PECH—amine 10 g/L、氢氧化钠10 g/L、改性温度90 ℃、保温时间60 min条件下进行阳离子改性，然后采用反应型紫外吸收剂LIQ 3%（owf）对改性棉织物进行无盐抗紫外整理，整理后的织物进行标准洗涤n次，抗紫外效果随洗涤次数的变化如图5所示。

由图5可知，随洗涤次数的增加，织物的UPF指数逐渐减小，经过30次标准洗涤时，其UPF指数减小不超过6，这说明织物的抗紫外性能逐渐减弱，减弱幅度较小。织物洗涤30次之后，UPF指数仍保持在65以上，且UVA透过率和UVB透过率增加都不到0.5个百分点，说明织物在抗紫外线方面具有较好的耐洗性能。

3结语

采用阳离子改性剂PECH—amine对棉织物进行阳离子化改性，改性棉织物用反应型阴离子紫外吸收剂进行紫外线防护整理，实现了棉织物无盐紫外线防护整理，得到如下结论：

a）改性棉织物对其抗紫外线性能的优化改性工艺为：PECH—amine改性剂10 g/L，氢氧化钠10 g/L，改性温度90 ℃，保溫时间60 min。

b）改性并经整理后的棉织物具有很好的抗紫外线效果，UPF指数可达到75左右，经过30次标准水洗之后，其UPF指数仍可保持在65以上，本研究的改性工艺简单，可实现无盐抗紫外线整理。

参考文献：

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