26產(chǎn)業(yè)用紡織品第21卷總第151期聚乙二醇在功能紡織品上的應(yīng)用馬曉光(天津工業(yè)大學(xué)材料化工學(xué)院,天津,300160摘要:本文將相變材料聚乙二醇(PEG)以交聯(lián)方式添加到織物上,并對(duì)整理織物的蓄熱調(diào)溫性能進(jìn)行了探討。闡述了影響整理織物熱活性的主要因素、整理織物的物理機(jī)械性能對(duì)整理織物的綜合性能給予了客觀評(píng)價(jià)關(guān)鍵詞:相變材料,聚乙二醇,蓄熱調(diào)溫,熱活性,交聯(lián)中圖分類號(hào)TS195.591.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1004-7093(2003)04-0026-04的紡織材料都不同程度地獲得了熱活性。另外若0引言采用交聯(lián)方式將PEG添加到紡織材料上,除了能賦予紡織材料特殊的蓄熱調(diào)溫功能外,也使紡織在對(duì)聚乙二醇(PEG)進(jìn)行冷熱循環(huán)處理時(shí),材料的其他性能有所改善,得到改善的性能包括:其超分子結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生某種相的轉(zhuǎn)變,從而改變宏抗菌活性、回彈性、與含潮有關(guān)的性能;耐磨性、抗觀性質(zhì)而具有特殊的蓄熱調(diào)溫性能。這種蓄熱調(diào)起毛起球性抗靜電性及易去污性能等等。但在溫性能突出表現(xiàn)在高溫時(shí)吸收熱能、儲(chǔ)存能量,環(huán)上述性能改善的同時(shí),這種方式卻使織物的強(qiáng)力境溫度降低時(shí)釋放能量,將熱量放出。由于PEG呈不同程度的下降。發(fā)生相轉(zhuǎn)變的溫度在自然環(huán)境溫度變化范圍之本文研究采用交聯(lián)沉積法將PEG添加到紡內(nèi),國(guó)外學(xué)者最初將PEG應(yīng)用于太陽(yáng)能吸收裝置織材料上使PEG與交聯(lián)劑、纖維素纖維發(fā)生交吸收、儲(chǔ)存太陽(yáng)能,獲得了較好的效果。研究發(fā)聯(lián),形成纖維一聚合物線性或網(wǎng)狀粘接模式,沉現(xiàn),PEG除了具有較好的熱活性和低溫相變性積固著在棉或滌/棉混紡材料上并對(duì)其蓄熱調(diào)外,還可與紡織纖維發(fā)生物理或化學(xué)的結(jié)合,有被溫性能進(jìn)行討論。添加到紡織品上的可能,進(jìn)而又繼續(xù)拓寬研究領(lǐng)域,將其應(yīng)用在紡織材料上,賦予紡織品特殊的溫1PE添加到紡織材料上的方式度調(diào)節(jié)功能。以PEG作為相變材料添加到紡織材料上可目前將PE添加到紡織材料上的方式基本以使織物具有雙向調(diào)溫的特殊功能,這一發(fā)現(xiàn)引上有四種。起了國(guó)際紡織界和染整同行們的高度重視。研究1.1交聯(lián)沉積法證明:根據(jù)不同的機(jī)理PEG可以通過(guò)多種途徑添PEG在交聯(lián)劑的存在下,可與交聯(lián)劑、纖維加到棉、滌/棉及羊毛等多種紡織材料上,使不同素纖維發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),形成纖維一聚合物線性或網(wǎng)狀粘接模式,沉積、固著在纖維上。這種方法具天津市21世紀(jì)金項(xiàng)日(963702411)有工藝簡(jiǎn)單、流程短、操作方便、成本低等特點(diǎn),有收稿日期:2002-11-25較高的開發(fā)價(jià)值。但由于交聯(lián)PEG( CLPEG)結(jié)作者簡(jiǎn)介:馬曉光男,1962年生,副教授。主要從事高分子晶度降低,屬單分子層附著,交聯(lián)后織物的重量增材料及功能紡織品的研究。加(增重量)小,使織物上交聯(lián)PEG的熱調(diào)節(jié)能力2003年第4期產(chǎn)業(yè)用紡織品27相對(duì)于PEG試劑原樣有所下降;另外與纖維素交但交聯(lián)過(guò)于廣泛,可能由于剛性聚合物的產(chǎn)生,未聯(lián)后,對(duì)纖維素纖維的強(qiáng)力也有較大影響。若僅能發(fā)生結(jié)晶與熔融的相轉(zhuǎn)變,因而盡管增重量較僅將PEG浸軋?jiān)诳椢锷隙皇蛊浒l(fā)生任何交聯(lián)高,同樣地使得整理織物的熱活性消失。反應(yīng),這樣的織物會(huì)具有更好的熱調(diào)節(jié)能力,但這(1)PEG與交聯(lián)劑的交聯(lián)反應(yīng)狀況隨PEG分種調(diào)溫不耐水洗,耐久性差,故沒(méi)有實(shí)際意義子量的不同而變化,而交聯(lián)程度的大小直接影響1.2填充纖維法整理織物的熱調(diào)節(jié)性能。一般來(lái)講,隨著PEG分將PEG填充到中空纖維之中,再經(jīng)紡、織制子量的增加,PEG分子鏈加長(zhǎng)柔性更好,易于結(jié)成調(diào)溫織物。這種方法由于PEG未參與任何化晶,且結(jié)晶度高因此顯示出較好的熱活性。研究學(xué)反應(yīng),保持較高的熱儲(chǔ)、放量,故熱調(diào)節(jié)能力較表明,用不同分子量的PEG處理滌/棉混紡織物強(qiáng),但該法填充工藝復(fù)雜,纖維兩端封口技術(shù)難時(shí),分子量在400~1500范圍內(nèi),隨分子量的增度大,實(shí)際生產(chǎn)有一定困難。加,交聯(lián)程度較高產(chǎn)生較大增重量,PEG整理織1.3涂層法物的吸熱、放熱效應(yīng)趨于明顯,晶區(qū)熔融溫度T將PEG作為多元醇組分與二異氰酸酯與結(jié)晶溫度均有較大幅度的提高;而分子量超(MDI)、二羥甲基丙酸(DMPA)等反應(yīng)合成聚氨過(guò)1500以后,可能由于PEG大分子中能與樹脂酯(PU)離子聚合物,制成水分散乳液,用干法涂交聯(lián)劑二羥甲基二羥基乙撐脲(DMDHEU,簡(jiǎn)稱布織物,制成調(diào)溫織物。這種方法涂布工藝簡(jiǎn)單,2D)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的末端羥基摩爾分?jǐn)?shù)減少,交熱活性損失小,纖維強(qiáng)力幾乎不受影響。但目前聯(lián)程度反而降低,只有較少增重量,使得被處理織這種改性聚氨酯水分散乳液還有待于進(jìn)一步的開物的熱活性降低,甚至消失。發(fā)。實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn),將兩個(gè)不同分子量的PEG按1.4微膠囊法一定比例混合后處理織物,可以對(duì)熱性能參數(shù)進(jìn)將PEG置于直徑約4μ左右的封閉微膠囊行調(diào)節(jié),使Tm、T產(chǎn)生移動(dòng),處在所需的相變溫度中,這種含有PEG的微膠囊通過(guò)粘合劑的作用被范圍內(nèi),同時(shí)熔融熱H、結(jié)晶熱H值也發(fā)生變粘附到織物的表面,從而使織物獲得調(diào)溫功能。這種方法工藝簡(jiǎn)單、操作方便,可結(jié)合涂料染色及化,熱性能參數(shù)的變化幅度與混合體系中兩組分分子量的差別有關(guān)。混合后的Tn接近于混合體印花加工工藝進(jìn)行。但這類微膠囊中相變材料含系中分子量較大的PEG單獨(dú)處理織物時(shí)的熔融量很小,會(huì)影響到蓄熱調(diào)溫性能,另外大面積粘合劑的使用會(huì)影響織物的手感和風(fēng)格。溫度,而混合后的T發(fā)生了明顯的偏移,介于兩在PEG添加方式中,交聯(lián)沉積法是一種簡(jiǎn)組分單獨(dú)處理織物時(shí)的結(jié)晶溫度之間。單、易操作、綜合效果較好的加工方法。(2)交聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)對(duì)于PEG在纖維上的固著實(shí)驗(yàn)表明采用交聯(lián)沉積法時(shí),織物上交聯(lián)及整理織物熱活性耐久性的提高有著至關(guān)重要的PEG的熱性能受多種外界因素的影響,主要因素作用。棉織物用分子量為1000的PEG處理時(shí),有PEG的分子量、纖維基質(zhì)種類、交聯(lián)劑、催化劑所用幾種交聯(lián)劑對(duì)熱活性的影響如表1所示。種類、添加劑、PEG熱穩(wěn)定性以及PE交聯(lián)反應(yīng)表1不同交聯(lián)劑對(duì)熱活性的影響程度等,這些因素決定著交聯(lián)聚乙二醇(CLPEG)增重量熱活性交聯(lián)劑吸、放熱峰值的位置及峰面積大小(DSC譜圖),CH2O(甲醛)(%)(℃)決定著PEG整理織物的蓄熱調(diào)溫能力及效果。3.3無(wú)DMEU(二羥甲基乙撐脲)3.6無(wú)2交聯(lián)PEG熱性能的影響因素TMM(三羥甲基三聚氰酰胺)50.0無(wú)能否使織物獲得蓄熱調(diào)溫功能,首先取決于 DMDHEU32.0T=33是否有適當(dāng)?shù)慕宦?lián)。交聯(lián)程度過(guò)小,交聯(lián)反應(yīng)不(二羥甲基二羥基乙撐)T=3足,產(chǎn)生增重量很低,導(dǎo)致熱活性很差,甚至消失。注織物為純棉的。28產(chǎn)業(yè)用紡織品第21卷總第151期從表1中可以看出,交聯(lián)劑CH2O和DMEU的表面張力及接觸角發(fā)生改變,提高了交聯(lián)工作交聯(lián)效果極差,反應(yīng)不足,增重量很低,因而不能液在纖維表面的鋪展力和粘附力。給織物帶來(lái)熱活性。 DMDHEU交聯(lián)效果較好,增重量較高,可使PEG固著在纖維上,經(jīng) DMDHEU3PEg整理織物物理機(jī)械性能PEG-1000處理的織物獲得了熱活性。而對(duì)于TMM而言,由于其極易發(fā)生自身縮聚反應(yīng),真正織物經(jīng)PEG處理后由于交聯(lián)形成了網(wǎng)狀與PEG發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的幾率很小,故添加到織物結(jié)構(gòu),提高了PEC在織物上的耐久性,同時(shí)也使上的實(shí)為TMM自身縮聚反應(yīng)的產(chǎn)物,因此雖然織物表現(xiàn)出良好的回彈性及抗皺性。特別是對(duì)獲得了較高的增重量,但沒(méi)有產(chǎn)生PG晶體熔融滌/棉混紡織物,由于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)牢牢地束縛住纖與再結(jié)晶過(guò)程,使得經(jīng)TMM處理的織物不具有維,抑制了滌綸纖維的松散,從而大大降低了摩擦熱活性。以上分析可以得出結(jié)論:使整理的織物過(guò)程中起毛起球現(xiàn)象,增強(qiáng)了織物的耐磨性。另既有熱活性又具備良好的耐久性,以 DMDHEU為外PEG具有親水一OH,可使整理織物的回潮率交聯(lián)劑效果最佳。明顯增高,去污及抗靜電性也得到改善,賦予織物交聯(lián)劑濃度對(duì)織物的熱活性也有重要的影多功能性。響,濃度過(guò)低不能產(chǎn)生足夠的交聯(lián),增重量很低,織物經(jīng)PEG整理后,其回彈性能有了較大的無(wú)熱活性;濃度過(guò)高則產(chǎn)生過(guò)度交聯(lián),會(huì)導(dǎo)致剛性改善,折皺回復(fù)角與焙烘溫度的關(guān)系如圖1所示。聚合物的產(chǎn)生,使高分子聚合物的相態(tài)轉(zhuǎn)變受到對(duì)于純棉織物,焙烘溫度在140℃時(shí)折皺回復(fù)角了禁錮,發(fā)生不了結(jié)晶與熔融的相變化,因而雖然增重量很高,但整理織物的熱活性卻消失。研究表明,以2D樹脂為交聯(lián)劑,用分子量為600的310PEG處理棉織物時(shí),當(dāng)2D濃度在25%~26.5%300范圍內(nèi),織物既有吸熱效應(yīng)又有放熱效應(yīng),可獲得290較好的蓄熱調(diào)溫性能。(3)PEG、2D、纖維素三者的交聯(lián)反應(yīng)中,各280270L類釋酸型催化劑對(duì)于交聯(lián)反應(yīng)程度有著直接的作100110120130140150160170焙烘溫度(用。研究表明,在常規(guī)的浸軋一預(yù)烘一焙烘工藝:一滌棉/棉流程中, NaHSO44、MgCl2·6H2O/檸檬酸等釋酸型圖1PEC整理織物折皺回復(fù)角與焙烘催化劑具有較好的催化效果,可產(chǎn)生較好交聯(lián),使?jié)穸鹊年P(guān)系織物得到適當(dāng)增重量,產(chǎn)生較高熱活性。(4)實(shí)驗(yàn)證明無(wú)機(jī)鹽對(duì)于提高交聯(lián)劑的利用30↑率,增強(qiáng)交聯(lián)反應(yīng)有特殊的協(xié)效作用。通過(guò)在工25作液中添加一定量的無(wú)機(jī)鹽,增加了溶液粘度,可20有效地抑制交聯(lián)劑2D向纖維內(nèi)部的滲透,提高視15纖維表面有效2D含量,使增重量及交聯(lián)程度提10高。5從物理化學(xué)角度分析無(wú)機(jī)鹽協(xié)效作用機(jī)理,可能是:①增加了體系粘度,使高聚物鏈纏結(jié)程度100110120130140150160170加大,交聯(lián)劑被束縛在纖維表面并進(jìn)行反應(yīng)。②焙烘溫度(℃)…棉:……未整理棉電解質(zhì)飽和了纖維素纖維表面的負(fù)電荷,使電滌/棉:一未整理滌/棉位發(fā)生變化,改變了纖維表面的吸附性能。③隨圖2PEG整理織物回潮率與培烘溫度著無(wú)機(jī)鹽的加入,使得PEG+2D溶液體系與纖維的關(guān)系2003年第4期產(chǎn)業(yè)用紡織品29最大。對(duì)于滌/棉織物,焙烘溫度高于120℃時(shí)折壞,同時(shí)交聯(lián)劑、纖維大分子的介入打破了PE皺回復(fù)角隨焙烘溫度的提高而增加。原結(jié)晶狀態(tài),導(dǎo)致熔融熱H及結(jié)晶熱H的降低,經(jīng)PEG整理后,棉織物和滌/棉織物的回潮使交聯(lián)PEC熱儲(chǔ)放能力減弱,也影響了實(shí)際調(diào)率與焙烘溫度的關(guān)系如圖2所示。從圖2可知:溫效果另外PEG經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)添加到織物后,使經(jīng)焙烘的滌/棉織物回潮率有顯著的提高,焙烘溫織物強(qiáng)力發(fā)生較為明顯的下降,尤以純棉織物最度達(dá)120℃以后,回潮率增長(zhǎng)幅度隨焙烘溫度的突出,這也給PEC整理織物綜合指標(biāo)評(píng)定帶來(lái)不提高呈下降趨勢(shì)。純棉織物,焙烘溫度在130℃利的影響,有待于進(jìn)一步改善時(shí),回潮率達(dá)最高值為25%,而未整理棉織物的回潮率僅為6.5%。參考文獻(xiàn)特別指出的是,由于纖維一聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的生成,抑制了纖維素結(jié)構(gòu)單元間的相對(duì)滑移,削] Bruno, Vigo TemperatureAdaptable Fabries弱了纖維抵御外力作用的能力,造成整理后織物 Textile Research Journal, 1985. 55(12): 737-743的強(qiáng)力明顯下降,見表2 [2] Bruno J S, Vigo T L. Temperature-Adaptable Textiles Containing Durably Bound Polyethylene Glycols. Tex.表2經(jīng)PE-1000整理的棉織物和 tile Research Journal, 1987, 57(7): 427-429滌/棉混紡織物強(qiáng)力對(duì)比(緯向)3]馬曉光等紡織品的聚乙二醇整理、印染,1996,織物強(qiáng)力(N)強(qiáng)降百分率(1):9~13未整理整理后(%)4]馬曉光等PEG整理織物熱性能研究.印染,1997棉32222829.2(2):10~13滌/棉30626214.4 [5] Leonas K, Sanjiv Malkam. Swudy of Onc-Sided PEG Application to Fabrie American Dyestuff Keporter.經(jīng)PEG整理的棉織物和滌/棉混紡織物強(qiáng)力1996,85(8):41-46都發(fā)生了較明顯的下降,尤以純棉織物最突出。16] George Lamb Stanislaw Kepda and Bernard Mill滌/棉混紡織物由于參與交聯(lián)反應(yīng)的棉含量較少, er. Abrasion and Lint Loss Properties of Fabrics Con-而滌綸不能參與交聯(lián),保留了強(qiáng)力,因此滌/棉織 tainingCrosslinked Polyethylene Glycol. Textile Re-物的強(qiáng)降幅度要遠(yuǎn)低于純棉織物,具有相對(duì)較高 search Joumnal, 1991, 61(3): 169~176的保留強(qiáng)力。實(shí)驗(yàn)表明,純棉織物最大強(qiáng)降可達(dá)7 Jinkins Renita Leonas Karen Influence of Po50%,滌/棉混紡織物最大強(qiáng)降可達(dá)25%左右。 lyethylene Glycol Treatment on.Surface, Iiquid Barier and Antibacterial Properties. Textile Research Jour.nal,1994,26(12):25~294結(jié)語(yǔ) [8] Mishra S P Sundareswaran K. Improvement of Vari ous Properties of Fabric Surface Crosslinked PEG.研究表明,經(jīng)PEG處理后織物的熱活性受 Joumal of Appl. Polym. Sci, 1989, 37(6):371~PEG分子量、交聯(lián)劑結(jié)構(gòu)和濃度、交聯(lián)程度(增重379量)、催化劑、無(wú)機(jī)鹽、纖維基質(zhì)種類、加工工藝條【9馬克等編著紡織物的化學(xué)整理水佑人譯北件等因素的影響?？椢锝?jīng)PEG整理后物理機(jī)械京:紡織工業(yè)出版社,1984性能有了很大變化,織物表現(xiàn)出良好的回彈性、抗【10]馬桂等編著高聚物的結(jié)構(gòu)與性能北京科學(xué)起毛起球性和耐磨性,另外織物的回潮率明顯增出版社,1995[11]于伯齡等編著,實(shí)用熱分析.北京:紡織工業(yè)出版高,抗靜電性也得到改善?；貜椥?、回潮率、抗靜社,1990電性等指標(biāo)的變化與焙烘溫度有關(guān)。2]何曼君等編著高分子物理.上海:復(fù)旦大學(xué)出版從研究結(jié)果來(lái)看,目前還存在一些問(wèn)題尚需社,1991解決。如當(dāng)PEG與纖維及交聯(lián)劑發(fā)生交聯(lián)后,其熱活性發(fā)生變化,原PEG大分子鏈的結(jié)構(gòu)被破(下轉(zhuǎn)第34頁(yè))34產(chǎn)業(yè)用紡織品第21卷總第151期 national,1999,49(6):501-503參考文獻(xiàn) 15] James Lant. Podylactic Acid Polymers from Com. Ap plications in the Textiles Industry. Ind. Text, 2000.1郭臣我國(guó)非織造布工業(yè)應(yīng)增加技術(shù)投入和加29(3):19125強(qiáng)科技創(chuàng)新.紡織導(dǎo)報(bào),2001,(5):130-132 i6: Dartee M, Lunt J. Shafer A. Nature Works PL.A: Sus- [2] Sawyer J. PL.A Technology Applications. Nonwu tainable Performane Fiber. Mau-made Fiber Year vens World,2001,10(2):49-54Book,2001,(8):29--31 [3] James Lunt. Polylactic Acid Polymers for Fibers and [7] Unitika. Polylactic Bio-degradable Fiber Prolucts. Nonwovens. International Fiber Joumal, 2000, (6): Chemical Fibers International, 1999, 49(1) :548~52 [8] Dashi Nanofiber- Based Nonwoven Composites: [4]Yamanaka. Lactron-A Bindegradable Filer' Its Propertics and Applications. Nonwovens World, 2001. Development and Applications. Chemical Fibers Inter-10(4):64-68 Properties of New Material and Its Applications in Nonwovens Xin Sanfa, Jing Xiangyu (Donghua University) Abstract: This paper introduces the properties and the applications of new fibre material in nonwovens, in- cluding green environmental protective material, functionality fibre and nanofibre, etc. Keywords: new material, non-woven fibric, property, apply eaeaneeeeseaysesesea(上接第29頁(yè)) Application of Polyethylene Glycol in Functional Textiles Ma Xiaoguang College of Material Seience and Chemical Engineering, Tianjin Polytechnie University) Abstract: In this paper, polyethylene glycol (PEG)had been added to fabrics by means of crosslinking re- action and the properties of storing beat and adjusting temperature for fabrics treated with PEG had been discussed. The research works focused on the main factors of affecting the thermal activities of PEG the mechanical propenies of treated fabrics and the objective valuation in the synthetical properties was given. Keywords: phase-change material, polyethylene glycol(PEG), storing heat and adjusting temperature, ther- mal activities, crosslinking歡迎訂閱《國(guó)際紡織導(dǎo)報(bào)》(4-245)《國(guó)外紡織技術(shù)》(4-275)