一种基于BTCA-TEOS-OA联合处理的棉疏水织物的整理方法

摘要

本发明公开了一种基于BTCA-TEOS-OA联合处理的棉疏水织物的整理方法，属于功能纺织品技术领域。本发明的方法采用1,2,3,4-丁烷四羧酸对织物进行预处理来增加织物与后续化学试剂反应的能力，起到桥梁作用；正硅酸四乙酯在酸性或碱性条件下水解、缩聚，在织物表面形成颗粒物质，起到粗糙织物的功能；长链烷烃类十八烷基胺可有效降低织物的表面能量，同时避免了全氟类能引起的环境问题。本发明的整理方法采用传统的浸、轧、烘、焙工艺，产品均匀性、重复性好、成本低。整理过程采用的BTCA、TEOS、OA需在弱酸弱碱条件下进行，焙烘温度低，织物受到的损伤小。该方法可用于棉织物的疏水功能整理。

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于BTCA-TEOS-OA联合处理的棉疏水织物的整理方法，属于功能纺织品技术领域。

背景技术

织物的疏水性是指织物对水的阻拒性能。疏水整理的目的是阻止水对织物的润湿，整理后织物仍然保持透气透湿性能。拒水整理织物首先用于生产军服、防护服，现在已广泛用于制作运动服、旅行包、伞具、帐篷等，国内、国际市场上对这类面料的需求正在逐年增加。棉织物以其柔软、透气、吸湿、耐穿、穿着舒适等优良性能成为最常用的纺织面料，广泛应用于服装、装饰和产业。棉纤维分子上每一个葡萄糖剩基都有三个羟基，这些羟基是很强吸湿基团，另外棉纤维多孔的物理结构也有利于棉的吸湿，所以棉织物无疏水性能。

涂层整理是纺织品的疏水整理一中整理工艺，但是涂层整理的耐久性差。随着新技术的开发，等离子体、电子辐射等技术得以应用，但是这些新技术由于整理产品的不均匀性、重复性差，以及设备的成本问题限制了其的工业应用。疏水整理的常规化学试剂一般为长链烷烃类、全氟类。全氟类化学试剂由于能引起环境问题，应用受到了限制。

疏水整理所用化学试剂用量影响整理后织物的疏水效果。疏水的必要前提是织物表面能量的降低且均匀性好，这就需要能降低织物表面能量的化学试剂能均匀有效的覆盖织物。但是当织物表面已被低表面能试剂完全覆盖后继续增大试剂用量，化学试剂会物理吸附于织物的表面，易于在后续使用过程中脱离织物。

研究发现必须降低表面能量才能得到疏水材料，同时适度的粗糙材料表面，能够增大其疏水效果。正硅酸四乙酯可在酸性或碱性条件下水解、缩聚，在织物表面形成颗粒物质，起到粗糙织物的功能。长链烷烃类十八烷基胺可有效降低织物的表面能量，同时避免了全氟类能引起的环境问题。整理采用传统的浸、轧、烘、焙工艺，产品均匀性、重复性好、成本低。因整个整理过程采用的正硅酸四乙酯与十八烷基胺需在弱酸弱碱条件下进行，焙烘温度低，织物受到的损伤小。因此，本发明具有重大社会和经济意义。

发明内容

本发明先采用1,2,3,4-丁烷四羧酸(BTCA)对织物进行预处理来增加织物与后续化学试剂反应的能力，起到桥梁作用，然后利用正硅酸四乙酯(TEOS)在酸性或碱性条件下水解、缩聚的作用，在织物表面形成颗粒物质，起到粗糙织物的功能，再使用十八烷基胺(OA)有效降低织物的表面能量，同时避免了全氟类能引起的环境问题。

本发明公开了一种基于BTCA-TEOS-OA联合处理的棉疏水织物的整理方法，其目的是通过联合表面粗糙整理与低表面能整理处理棉织物，得到具有疏水性能的纺织品。

本发明可以通过以下措施实施：

1,2,3,4-丁烷四羧酸→正硅酸四乙酯→十八烷基胺

所述方法是依次使用BTCA、TEOS、OA处理棉织物，联合表面粗糙整理与低表面能整理处理棉织物，得到具有疏水性能的纺织品。

所述方法，在本发明的一种实施方式中，包括对棉织物进行如下处理：(1)采用质量分数为1-5％的BTCA溶液、1-6％的次亚磷酸钠溶液对棉织物进行浸轧、烘干、烘焙备用；(2)采用TEOS、浸渍法对织物进行表面粗糙整理；(3)采用OA、浸渍法对织物进行低表面能整理。

所述方法，在本发明的一种实施方式中，具体包括：

(1)织物先用BTCA进行前处理：将棉织物置于BTCA质量分数为1-5％、催化剂次亚磷酸钠质量分数为1-6％的混合溶液，在室温下浸轧，轧压后70-100℃烘干1-5分钟，160-180℃下烘焙1-3分钟，备用；

(2)然后用TEOS处理：织物置于浴比1:10-1:40、醇与水的比例为5:5-9:1、正硅酸四乙酯质量分数为1-6％、催化剂(氨水)质量分数为1-5％的混合溶液中，于30-85℃反应时间为0.5-4小时，取出烘干；

(3)最后用OA进行处理：织物置于浴比1:10-1:40、氨水质量分数为1-5％、十八烷基胺质量分数为1-8％的醇类溶液中，织物浸渍后，经轧车轧，于100-150℃焙烘1-5分钟。

所述步骤(1)，在本发明的一种实施方式中，浸轧是采用两浸两轧。

所述TEOS，在本发明的一种实施方式中，进行整理时所用溶剂醇为：甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇中的任一一种或两种以上混合物。

所述OA，在本发明的一种实施方式中，进行处理时所用溶剂醇为：甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇中的任一一种或两种以上混合物。

所述步骤(1)，在本发明的一种实施方式中，是采用BTCA质量分数为1.5％、次亚磷酸钠质量分数为6％，在70℃4min烘干、180℃下烘焙2min。

所述步骤(2)，在本发明的一种实施方式中，是采用TEOS质量分数为4％，氨水浓度为3％，浴比：1:30，于80℃反应2h。

所述步骤(2)，在本发明的一种实施方式中，是采用乙醇作为TEOS的溶剂，其中，乙醇：水＝6：4。

所述步骤(3)，在本发明的一种实施方式中，是采用甲醇作为OA的溶剂。

所述步骤(3)，在本发明的一种实施方式中，是按浴比1:30，氨水质量分数为1％、OA质量分数为6％，织物室温浸渍后，经轧车轧，于120℃焙烘5分钟。

本发明的有益效果：该方法可用于所有棉织物的疏水整理，具有以下优点：

1.产品均匀性、重复性好、成本低。

2.实验条件温和，BTCA、TEOS、OA处理都是在弱酸弱碱条件下进行，焙烘温度低，织物受到的损伤小，避免了常规工艺高温、强酸条件下造成的织物强力下降。棉纤维化学构成为β-D-葡萄糖剩基，各剩基以苷键相连。苷键在高温、强酸条件下发生水解，导致织物泛黄、强力下降。BTCA水溶液呈酸性，处理织物后有一定强度损失。棉纤维具有一定的耐碱性，本发明采用TEOS在30-85℃弱碱性下反应，对棉纤维强度基本无损伤。常用含十六烷基三甲氧基硅烷疏水整理剂需酸性条件(pH 2-3)，110-120℃，焙烘织物1-2小时，该处理酸度、温度及焙烘时间将严重影响处理后织物的强度(超过50％)。而本发明采用的OA为长链烷基胺，长的烷基链可以有效降低织物表面能量，而且OA所含氨基-NH2，具有化学反应活泼性，在催化剂作用下可与羧基、羟基等活性基团反应，也可与织物上的极性基团通过氢键结合，故-NH2为OA在织物上的锚固基团，反应条件温和。本发明发现OA在弱碱条件下，100-150℃焙烘1-5分钟完成整理，弱碱及较短的焙烘时间有效降低了高温、强酸/强碱、长时间处理对织物带来的强力损失。

3.采用长链烷烃降低织物表面能量，避免了全氟化学试剂引起的环境问题。

4.采用本发明方法，获得的织物不仅有较好的水滴静态接触角(140°以上)，而且耐静水压、耐淋性和抗皱性能都显著提高，织物的耐久性较好，白度和断裂强度损失小。

附图说明

图1：经处理的棉织物的疏水性能，其中a为仅经OA处理的棉织物，b为经BTCA-TEOS-OA联合处理的棉织物；

图2：织物扫描电镜图；其中a、b为未经处理的织物，c、d为BTCA-TEOS处理的织物，e、f为BTCA-TEOS-OA联合处理的织物。

具体实施方式

实施例1

织物：棉机织布(133×72/40S×40S)

1)处方：BTCA：1.5％

次亚磷酸钠：6％

方法：在室温下两浸两轧，轧压后70℃4min烘干，180℃下烘焙2min备用.

2)处方：正硅酸四乙酯4％

乙醇：水＝6：4

氨水：3％

方法：浴比：1:30

温度：80℃

时间：2小时

3)处方：甲醇

氨水1％

十八烷基胺6％，

方法：浴比：1:30

温度：室温

两浸两轧，轧车轧毕后，再在120℃温度下烘焙5min.

得到的棉织物性能结果如表1、图1-2所示。

疏水性能比较：本发明方法处理得到的棉织物疏水性能与对照(仅经OA处理，处理条件同步骤3)相比，结果如图1所示。结果显示，仅经OA处理的棉织物(覆盖-CH₂-CH₂-基团)的静态水接触角大约95°，而经BTCA-TEOS-OA处理的棉织物的接触角为145°。说明本发明的联合处理发能够有效提供棉织物的疏水性。

表1棉织物的防水性

抗喷性和抗静水压性能比较：检测了处理前后的棉织物的抗喷性和抗静水压性能，结果如表1所示。结果显示，水滴滴在棉织物上，未处理棉织物是亲水性的，有的甚至是还来不及用测接触角相机进行拍照就已经渗入，而在经联合处理的棉织物上超过2h也还保持145°的接触角。按照AATCC 22-2010标准，未处理的棉织物被完全湿润，其抗喷性为0，而联合处理的棉织物为95。经联合处理的棉织物，抗静水压增大至261mm。以上数据说明，联合处理的棉织物具有很好的防水性。

产品疏水效果重复性：按实施例1整理的棉织物，经过10次分批次整理，每次整理的静态水接触角的波动范围为145±5°，由接触角数据可知，处理织物效果重复性好。

产品疏水效果均匀性：整理后织物上任意5点测量静态水接触角的波动范围为145±6°，产品没有出现水滴渗透现象，由接触角数据可知，处理织物效果均匀性好。

同时，处理过程中棉织物的扫描电镜图如图2所示，可以看出，未经处理的棉织物表面光滑，经BTCA-TEOS处理后，具有许多颗粒沉积，织物表面明显变粗糙，说明BTCA前处理联合TEOS的水解和缩合，显著增加了织物的表面粗糙度。而OA的处理，并不会影响织物的表面粗糙度。

耐水洗性：参照GB/T 3921-2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》，利用织物耐洗牢度试验机SW-12A(无锡纺织仪器厂)对织物进行水洗。水洗结束后，测量织物水的静态接触角。比较水洗和未水洗织物接触角的变化。经皂洗后，织物的静态接触角为134°。由水滴接触角可知(未皂洗前为145°，皂洗后为134°)，皂洗后织物仍具有较高的疏水性能。且多次皂洗后还能保持大于120°的接触角，说明处理后的织物耐久性较好。

本方法与常规处理方法相比，不仅有较好的水滴静态接触角、耐静水压性能，而且耐淋性提高，抗皱性能提高，白度损失较少(低于30％)，断裂强度损失小(一般超过50％)。

实施例2

按以下步骤处理棉织物：

(1)织物先用1,2,3,4-丁烷四羧酸(BTCA)进行前处理：将棉织物置于BTCA质量分数为1％、催化剂次亚磷酸钠质量分数为1％的混合溶液，在室温下浸轧，轧压后100℃烘干1分钟，160℃下烘焙3分钟，备用；

(2)然后用正硅酸四乙酯处理：浴比1:10，丙醇与水的比例为5:5，正硅酸四乙酯质量分数为6％，催化剂(氨水)质量分数为5％，85℃反应时间为0.5小时，取出烘干，备用；

(3)最后用十八烷基胺进行处理：按浴比1:10，加入乙醇，氨水质量分数为2％，十八烷基胺质量分数为1％，织物浸渍后，经轧车轧，于100℃焙烘4分钟。

按本方法得到的棉织物：接触角140°、静水压265mm、白度81％、强度565N。

实施例3

按以下步骤处理棉织物：

(1)织物先用1,2,3,4-丁烷四羧酸(BTCA)进行前处理：将棉织物置于BTCA质量分数为5％、催化剂次亚磷酸钠质量分数为4％的混合溶液，在室温下浸轧，轧压后85℃烘干5分钟，170℃下烘焙1分钟，备用；

(2)然后用正硅酸四乙酯处理：浴比1:40，丁醇与水的比例为9:1，正硅酸四乙酯质量分数为1％，催化剂(氨水)质量分数为1％，50℃反应时间为4小时，取出烘干，备用；

(3)最后用十八烷基胺进行处理：按浴比1:40，加入异丙醇作为OA溶剂，氨水质量分数为5％，十八烷基胺质量分数为8％，织物浸渍后，经轧车轧，于150℃焙烘1分钟。

按本方法得到的棉织物：接触角142°、静水压265mm、白度78％、强度563N。

实施例4不同处理条件对织物的影响

(1)BTCA浓度：

BTCA浓度影响羧基在棉织物上的接枝数和织物的物理性能。当浓度低于1％，其羧基在织物上的偶联数量比较少，进行影响TEOS、OA的连接效果，最终影响织物的抗水性。当浓度大于6％，可能会导致糖苷键在高温和酸性条件下的断裂，而影响织物白度和断裂强度。

(2)TEOS处理温度和处理时间：

在处理温度30-85℃下，接触角都在132°以上，尤其是60-85℃之间接触角随着温度升高，可达145°。织物处理0-4h时，接触角在132-145°，处理时间过长可能会导致二氧化硅粒子的Si-O-Si键的断裂从而影响接触角。

实施例5BTCA处理对织物的影响

比较了不加BTCA前处理、仅经TEOS-OA处理的织物(对照)与BTCA-TEOS-OA联合处理织物的性能。结果如表2所示。

表2棉织物的防水性

由表可知，对照的断裂强度虽然高于本发明(主要是由于BTCA溶液的酸性引起的。但是作为交联剂使用的BTCA在质量分数为6％时整理棉织物，织物强力损失超过50％，本发明用量小，引起的织物强力损失低于30％)，但是其接触角、耐淋性、耐静水压、抗皱性能均低于本发明的方法。说明BTCA对织物进行预处理，可以增加织物与后续化学试剂反应的能力，起到桥梁作用，通过与TEOS、OA的联合处理能够显著提高织物的疏水性能。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。