硅溶胶处理对纯棉织物放湿性能的影响

张云炜，曹瑾维，闻 莹，励 越，李永海,2

溶胶- 凝胶技术是指以金属有机或无机化合物为前驱体，经酸或碱水解、缩聚，生成相应的氧化物溶胶- 凝胶体，最后根据终端需求，经热处理制得涂膜、粉末、纤维、块状等不同形态材料的一种湿化学制备技术[1]。因其具有高化学均一性、制备工艺简单、易成形和改性，近十年在纺织品功能整理中得到广泛应用。

硅溶胶作为溶胶- 凝胶技术的产物，本身具有生物惰性、易加工改性等特点，在纺织品功能整理中应用较为广泛，如在纺织品拒水[2-3]、防磨[4]、抗皱[5]、抗静电[6]、固色[7-10]等整理中都有应用。

然而，在硅溶胶使处理纺织品获得某种功能的同时，也会不同程度地对处理纺织品本身固有性能产生影响，鉴于此，本课题研究了硅溶胶处理对纯棉织物放湿性能的影响。

1 实验

1.1 材料和仪器

织物：纯棉平纹织物（40×40，133×72，130 g/m2）。

药品：正硅酸四乙酯（TEOS，分析纯，国药集团化学试剂有限公司），γ- 缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷（GPTMS，工业级，江苏张家港华荣化工新材料有限公司），盐酸（分析纯，平湖化工试剂厂），去离子水。

仪器：7312-I 型电动搅拌机（上海标本模型厂），AL104 电子分析天平[ 梅特勒- 托利多仪器（上海）有限公司]，P-BO 立式气压电动轧车（LABORTEX CO.LTD），UPEI 连续式织物热定型机（中国台湾Rapid 公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 单一组成硅溶胶的制备

按TEOS 和去离子水规定物质的量比，分别称取一定质量的TEOS 和去离子水加入到三口烧瓶中，按TEOS 和盐酸规定物质的量比，量取一定量的稀盐酸溶液（0.01 N），在电动搅拌下，缓慢滴加，滴加完毕，在一定反应时间后，得到单一组成硅溶胶。

1.2.2 不同组成硅溶胶的制备

按TEOS 和GPTMS 物质的量比为10、2、1、0.5和0.1，分别量取一定量的TEOS 和GPTMS 加入到三口烧瓶中，按硅前驱体（TEOS ＋GPTMS）和去离子水规定摩尔比，加入一定量的去离子水，按硅前驱体（TEOS ＋GPTMS）和盐酸规定物质的量比，量取一定量的稀盐酸溶液（0.01 N），在电动搅拌下，缓慢滴加，滴加完毕，继续反应一定时间，得到不同组成硅溶胶。

1.2.3 硅溶胶整理

1.2.3.1 不同焙烘温度

将所得单一组成硅溶胶稀释5 倍，二浸二轧（带液率80%）→预烘（100℃×2 min）→焙烘（130、140、150、160、170℃×1 min）。

1.2.3.2 不同焙烘时间

将所得单一组成硅溶胶稀释5 倍，二浸二轧（带液率80%）→预烘（100℃×2 min）→焙烘（150℃×1、2、3、4、5 min）。

1.2.3.3 不同硅溶胶质量分数

将所得单一组成硅溶胶稀释1、2、3、4、5 倍，得到5 份不同质量分数硅溶胶，分别经二浸二轧（带液率80%）→预烘（100℃×2 min）→焙烘（150℃× 2 min）。

1.2.3.4 不同硅溶胶组成

将所得不同组成硅溶胶，皆稀释5 倍，得到5 份不同组成硅溶胶，分别经二浸二轧（带液率80%）→预烘（100℃×2 min）→焙烘（150℃×2 min）。

1.3 试样放湿性能测试

采用滴水法，在标准环境下，将一定量（约0.02 g左右）的水滴在试样（4 cm×4 cm，质量一定）上，每隔1 min，测量试样质量，连续观测60 min，测试织物的放湿性能。

2 结果与讨论

2.1 整理工艺

在硅溶胶质量分数和组成、预烘温度和时间一定的条件下，研究了焙烘温度、时间对硅溶胶处理棉织物放湿性能的影响，结果见图1、图2。

图1 焙烘温度对硅溶胶处理棉织物放湿性能的影响

图2 焙烘时间对硅溶胶处理棉织物放湿性能的影响

由图1、2 可以看出，经硅溶胶处理后，试样放湿速率减小，经60 min 放湿后，仍含有30%～40% 的水分，而未处理样经60 min 放湿后，仅剩余约20%的水分。

随着焙烘温度的升高或时间的延长，试样的放湿速率增大。一方面，由于水分子与凝胶膜的作用力较与棉纤维小，凝胶膜表面的水分易于挥发，有利于放湿速率的提高；另一方面，由于水分在凝胶膜表面上的渗化面积较在棉织物上小，不利于水分的挥发。由此可知，未处理样的放湿速率比处理样的更快，同时，试样经硅溶胶处理后，渗化面积随焙烘温度的升高或时间的延长变化不大，而水分子与棉纤维的作用力随凝胶膜的致密化而减小，因凝胶膜随焙烘温度的升高或时间的延长而变得更致密。因而，随着焙烘温度的升高或时间的延长，硅溶胶对处理棉织物放湿性能的影响减小。

2.2 质量分数

在溶胶组成、预烘温度和时间、焙烘温度和时间一定的条件下，研究了不同质量分数硅溶胶对处理棉织物放湿性能的影响，结果见图3。

由图3 可以看出，经硅溶胶处理后，试样放湿速率减小，经60 min 放湿后，仍含有约40% 的水分，而未处理样经60 min 放湿后，仅剩余约20% 的水分。可以看出，随着质量分数的降低，放湿速率减小。由于溶胶质量分数的降低，使其在织物表面形成凝胶膜的厚度减小，水分易于渗化而与棉纤维作用，而水分子与棉纤维的作用力较与凝胶膜的更大，因而使放湿速率减小，而高质量分数的溶胶形成较厚的凝胶膜，使水分不易渗化而与棉纤维作用，主要与凝胶膜作用，而凝胶膜与水分子的作用力较棉纤维小，易于挥发，使放湿速率增大，因而随着质量分数的减小，硅溶胶对处理棉织物的放湿性能的影响增大。

2.3 组成

在溶胶质量分数、预烘温度和时间、焙烘温度和时间一定的条件下，研究了不同组成硅溶胶对处理棉织物放湿性能的影响，结果见图4。

图4 不同组成硅溶胶处理对棉织物放湿性能的影响

由图4 可以看出，经不同组成硅溶胶处理后，试样放湿速率减小，经60 min 放湿后，仍含有约40% 的水分，而未处理样经60 min 放湿后，仅剩余约20% 的水分。可以看出，当n(TEOS):n(GPTMS) 物质的量比变化时，试样的放湿速率变化不大。比较而言，物质的量比为1 时，试样的放湿速率较其它比例大。由于物质的量比为1 时，比例较适当，硅溶胶在织物表面所成凝胶膜较其它比例更加致密，而水分子与凝胶膜的作用力较棉纤维小，易于挥发，使放湿速率增大，因而n(TEOS):n(GPTMS) 为1 时，对棉织物放湿性能影响较小。

3 结语

（1）经单一组成硅溶胶处理，棉织物透湿性能下降，同时随处理溶胶质量分数的增大、焙烘温度的升高、时间的延长，透湿性能下降幅度逐渐减小，意味着硅溶胶处理对棉织物的放湿性能影响减弱。

（2）经不同组成复合硅溶胶处理，棉织物放湿性能下降，其中，复合比对处理棉织物的放湿性能影响不明显，尤其在复合比n(TEOS):n(GPTMS) 为1 时，对棉织物的放湿性能影响相对更小。

（3）只要工艺控制适当，硅溶胶处理对棉织物放湿性能的影响并不会影响织物的整体服用性能。