聚乙二醇在功能纺织品上的应用

26产业用纺织品第21卷总第151期聚乙二醇在功能纺织品上的应用马晓光(天津工业大学材料化工学院,天津,300160摘要:本文将相变材料聚乙二醇(PEG)以交联方式添加到织物上,并对整理织物的蓄热调温性能进行了探讨。阐述了影响整理织物热活性的主要因素、整理织物的物理机械性能对整理织物的综合性能给予了客观评价关键词:相变材料,聚乙二醇,蓄热调温,热活性,交联中图分类号TS195.591.4文献标识码:A文章编号:1004-7093(2003)04-0026-04的纺织材料都不同程度地获得了热活性。另外若0引言采用交联方式将PEG添加到纺织材料上,除了能赋予纺织材料特殊的蓄热调温功能外,也使纺织在对聚乙二醇(PEG)进行冷热循环处理时,材料的其他性能有所改善,得到改善的性能包括:其超分子结构会发生某种相的转变,从而改变宏抗菌活性、回弹性、与含潮有关的性能;耐磨性、抗观性质而具有特殊的蓄热调温性能。这种蓄热调起毛起球性抗静电性及易去污性能等等。但在温性能突出表现在高温时吸收热能、储存能量,环上述性能改善的同时,这种方式却使织物的强力境温度降低时释放能量,将热量放出。由于PEG呈不同程度的下降。发生相转变的温度在自然环境温度变化范围之本文研究采用交联沉积法将PEG添加到纺内,国外学者最初将PEG应用于太阳能吸收装置织材料上使PEG与交联剂、纤维素纤维发生交吸收、储存太阳能,获得了较好的效果。研究发联,形成纤维一聚合物线性或网状粘接模式,沉现,PEG除了具有较好的热活性和低温相变性积固着在棉或涤/棉混纺材料上并对其蓄热调外,还可与纺织纤维发生物理或化学的结合,有被温性能进行讨论。添加到纺织品上的可能,进而又继续拓宽研究领域,将其应用在纺织材料上,赋予纺织品特殊的温1PE添加到纺织材料上的方式度调节功能。以PEG作为相变材料添加到纺织材料上可目前将PE添加到纺织材料上的方式基本以使织物具有双向调温的特殊功能,这一发现引上有四种。起了国际纺织界和染整同行们的高度重视。研究1.1交联沉积法证明:根据不同的机理PEG可以通过多种途径添PEG在交联剂的存在下,可与交联剂、纤维加到棉、涤/棉及羊毛等多种纺织材料上,使不同素纤维发生交联反应,形成纤维一聚合物线性或网状粘接模式,沉积、固着在纤维上。这种方法具天津市21世纪金项日(963702411)有工艺简单、流程短、操作方便、成本低等特点,有收稿日期:2002-11-25较高的开发价值。但由于交联PEG( CLPEG)结作者简介:马晓光男,1962年生,副教授。主要从事高分子晶度降低,属单分子层附着,交联后织物的重量增材料及功能纺织品的研究。加(增重量)小,使织物上交联PEG的热调节能力2003年第4期产业用纺织品27相对于PEG试剂原样有所下降;另外与纤维素交但交联过于广泛,可能由于刚性聚合物的产生,未联后,对纤维素纤维的强力也有较大影响。若仅能发生结晶与熔融的相转变,因而尽管增重量较仅将PEG浸轧在织物上而不使其发生任何交联高,同样地使得整理织物的热活性消失。反应,这样的织物会具有更好的热调节能力,但这(1)PEG与交联剂的交联反应状况随PEG分种调温不耐水洗,耐久性差,故没有实际意义子量的不同而变化,而交联程度的大小直接影响1.2填充纤维法整理织物的热调节性能。一般来讲,随着PEG分将PEG填充到中空纤维之中,再经纺、织制子量的增加,PEG分子链加长柔性更好,易于结成调温织物。这种方法由于PEG未参与任何化晶,且结晶度高因此显示出较好的热活性。研究学反应,保持较高的热储、放量,故热调节能力较表明,用不同分子量的PEG处理涤/棉混纺织物强,但该法填充工艺复杂,纤维两端封口技术难时,分子量在400~1500范围内,随分子量的增度大,实际生产有一定困难。加,交联程度较高产生较大增重量,PEG整理织1.3涂层法物的吸热、放热效应趋于明显,晶区熔融温度T将PEG作为多元醇组分与二异氰酸酯与结晶温度均有较大幅度的提高;而分子量超(MDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)等反应合成聚氨过1500以后,可能由于PEG大分子中能与树脂酯(PU)离子聚合物,制成水分散乳液,用干法涂交联剂二羟甲基二羟基乙撑脲(DMDHEU,简称布织物,制成调温织物。这种方法涂布工艺简单,2D)发生交联反应的末端羟基摩尔分数减少,交热活性损失小,纤维强力几乎不受影响。但目前联程度反而降低,只有较少增重量,使得被处理织这种改性聚氨酯水分散乳液还有待于进一步的开物的热活性降低,甚至消失。发。实验中还发现,将两个不同分子量的PEG按1.4微胶囊法一定比例混合后处理织物,可以对热性能参数进将PEG置于直径约4μ左右的封闭微胶囊行调节,使Tm、T产生移动,处在所需的相变温度中,这种含有PEG的微胶囊通过粘合剂的作用被范围内,同时熔融热H、结晶热H值也发生变粘附到织物的表面,从而使织物获得调温功能。这种方法工艺简单、操作方便,可结合涂料染色及化,热性能参数的变化幅度与混合体系中两组分分子量的差别有关。混合后的Tn接近于混合体印花加工工艺进行。但这类微胶囊中相变材料含系中分子量较大的PEG单独处理织物时的熔融量很小,会影响到蓄热调温性能,另外大面积粘合剂的使用会影响织物的手感和风格。温度,而混合后的T发生了明显的偏移,介于两在PEG添加方式中,交联沉积法是一种简组分单独处理织物时的结晶温度之间。单、易操作、综合效果较好的加工方法。(2)交联剂的结构对于PEG在纤维上的固着实验表明采用交联沉积法时,织物上交联及整理织物热活性耐久性的提高有着至关重要的PEG的热性能受多种外界因素的影响,主要因素作用。棉织物用分子量为1000的PEG处理时,有PEG的分子量、纤维基质种类、交联剂、催化剂所用几种交联剂对热活性的影响如表1所示。种类、添加剂、PEG热稳定性以及PE交联反应表1不同交联剂对热活性的影响程度等,这些因素决定着交联聚乙二醇(CLPEG)增重量热活性交联剂吸、放热峰值的位置及峰面积大小(DSC谱图),CH2O(甲醛)(%)(℃)决定着PEG整理织物的蓄热调温能力及效果。3.3无DMEU(二羟甲基乙撑脲)3.6无2交联PEG热性能的影响因素TMM(三羟甲基三聚氰酰胺)50.0无能否使织物获得蓄热调温功能,首先取决于 DMDHEU32.0T=33是否有适当的交联。交联程度过小,交联反应不(二羟甲基二羟基乙撑)T=3足,产生增重量很低,导致热活性很差,甚至消失。注织物为纯棉的。28产业用纺织品第21卷总第151期从表1中可以看出,交联剂CH2O和DMEU的表面张力及接触角发生改变,提高了交联工作交联效果极差,反应不足,增重量很低,因而不能液在纤维表面的铺展力和粘附力。给织物带来热活性。 DMDHEU交联效果较好,增重量较高,可使PEG固着在纤维上,经 DMDHEU3PEg整理织物物理机械性能PEG-1000处理的织物获得了热活性。而对于TMM而言,由于其极易发生自身缩聚反应,真正织物经PEG处理后由于交联形成了网状与PEG发生交联反应的几率很小,故添加到织物结构,提高了PEC在织物上的耐久性,同时也使上的实为TMM自身缩聚反应的产物,因此虽然织物表现出良好的回弹性及抗皱性。特别是对获得了较高的增重量,但没有产生PG晶体熔融涤/棉混纺织物,由于网状结构牢牢地束缚住纤与再结晶过程,使得经TMM处理的织物不具有维,抑制了涤纶纤维的松散,从而大大降低了摩擦热活性。以上分析可以得出结论:使整理的织物过程中起毛起球现象,增强了织物的耐磨性。另既有热活性又具备良好的耐久性,以 DMDHEU为外PEG具有亲水一OH,可使整理织物的回潮率交联剂效果最佳。明显增高,去污及抗静电性也得到改善,赋予织物交联剂浓度对织物的热活性也有重要的影多功能性。响,浓度过低不能产生足够的交联,增重量很低,织物经PEG整理后,其回弹性能有了较大的无热活性;浓度过高则产生过度交联,会导致刚性改善,折皱回复角与焙烘温度的关系如图1所示。聚合物的产生,使高分子聚合物的相态转变受到对于纯棉织物,焙烘温度在140℃时折皱回复角了禁锢,发生不了结晶与熔融的相变化,因而虽然增重量很高,但整理织物的热活性却消失。研究表明,以2D树脂为交联剂,用分子量为600的310PEG处理棉织物时,当2D浓度在25%~26.5%300范围内,织物既有吸热效应又有放热效应,可获得290较好的蓄热调温性能。(3)PEG、2D、纤维素三者的交联反应中,各280270L类释酸型催化剂对于交联反应程度有着直接的作100110120130140150160170焙烘温度(用。研究表明,在常规的浸轧一预烘一焙烘工艺:一涤棉/棉流程中, NaHSO44、MgCl2·6H2O/柠檬酸等释酸型图1PEC整理织物折皱回复角与焙烘催化剂具有较好的催化效果,可产生较好交联,使湿度的关系织物得到适当增重量,产生较高热活性。(4)实验证明无机盐对于提高交联剂的利用30↑率,增强交联反应有特殊的协效作用。通过在工25作液中添加一定量的无机盐,增加了溶液粘度,可20有效地抑制交联剂2D向纤维内部的渗透,提高视15纤维表面有效2D含量,使增重量及交联程度提10高。5从物理化学角度分析无机盐协效作用机理,可能是:①增加了体系粘度,使高聚物链缠结程度100110120130140150160170加大,交联剂被束缚在纤维表面并进行反应。②焙烘温度(℃)…棉:……未整理棉电解质饱和了纤维素纤维表面的负电荷,使电涤/棉:一未整理涤/棉位发生变化,改变了纤维表面的吸附性能。③随图2PEG整理织物回潮率与培烘温度着无机盐的加入,使得PEG+2D溶液体系与纤维的关系2003年第4期产业用纺织品29最大。对于涤/棉织物,焙烘温度高于120℃时折坏,同时交联剂、纤维大分子的介入打破了PE皱回复角随焙烘温度的提高而增加。原结晶状态,导致熔融热H及结晶热H的降低,经PEG整理后,棉织物和涤/棉织物的回潮使交联PEC热储放能力减弱,也影响了实际调率与焙烘温度的关系如图2所示。从图2可知:温效果另外PEG经交联反应添加到织物后,使经焙烘的涤/棉织物回潮率有显著的提高,焙烘温织物强力发生较为明显的下降,尤以纯棉织物最度达120℃以后,回潮率增长幅度随焙烘温度的突出,这也给PEC整理织物综合指标评定带来不提高呈下降趋势。纯棉织物,焙烘温度在130℃利的影响,有待于进一步改善时,回潮率达最高值为25%,而未整理棉织物的回潮率仅为6.5%。参考文献特别指出的是,由于纤维一聚合物网状结构的生成,抑制了纤维素结构单元间的相对滑移,削] Bruno, Vigo TemperatureAdaptable Fabries弱了纤维抵御外力作用的能力,造成整理后织物 Textile Research Journal, 1985. 55(12): 737-743的强力明显下降,见表2 [2] Bruno J S, Vigo T L. Temperature-Adaptable Textiles Containing Durably Bound Polyethylene Glycols. Tex.表2经PE-1000整理的棉织物和 tile Research Journal, 1987, 57(7): 427-429涤/棉混纺织物强力对比(纬向)3]马晓光等纺织品的聚乙二醇整理、印染,1996,织物强力(N)强降百分率(1):9~13未整理整理后(%)4]马晓光等PEG整理织物热性能研究.印染,1997棉32222829.2(2):10~13涤/棉30626214.4 [5] Leonas K, Sanjiv Malkam. Swudy of Onc-Sided PEG Application to Fabrie American Dyestuff Keporter.经PEG整理的棉织物和涤/棉混纺织物强力1996,85(8):41-46都发生了较明显的下降,尤以纯棉织物最突出。16] George Lamb Stanislaw Kepda and Bernard Mill涤/棉混纺织物由于参与交联反应的棉含量较少, er. Abrasion and Lint Loss Properties of Fabrics Con-而涤纶不能参与交联,保留了强力,因此涤/棉织 tainingCrosslinked Polyethylene Glycol. Textile Re-物的强降幅度要远低于纯棉织物,具有相对较高 search Joumnal, 1991, 61(3): 169~176的保留强力。实验表明,纯棉织物最大强降可达7 Jinkins Renita Leonas Karen Influence of Po50%,涤/棉混纺织物最大强降可达25%左右。 lyethylene Glycol Treatment on.Surface, Iiquid Barier and Antibacterial Properties. Textile Research Jour.nal,1994,26(12):25~294结语 [8] Mishra S P Sundareswaran K. Improvement of Vari ous Properties of Fabric Surface Crosslinked PEG.研究表明,经PEG处理后织物的热活性受 Joumal of Appl. Polym. Sci, 1989, 37(6):371~PEG分子量、交联剂结构和浓度、交联程度(增重379量)、催化剂、无机盐、纤维基质种类、加工工艺条【9马克等编著纺织物的化学整理水佑人译北件等因素的影响。织物经PEG整理后物理机械京:纺织工业出版社,1984性能有了很大变化,织物表现出良好的回弹性、抗【10]马桂等编著高聚物的结构与性能北京科学起毛起球性和耐磨性,另外织物的回潮率明显增出版社,1995[11]于伯龄等编著,实用热分析.北京:纺织工业出版高,抗静电性也得到改善。回弹性、回潮率、抗静社,1990电性等指标的变化与焙烘温度有关。2]何曼君等编著高分子物理.上海:复旦大学出版从研究结果来看,目前还存在一些问题尚需社,1991解决。如当PEG与纤维及交联剂发生交联后,其热活性发生变化,原PEG大分子链的结构被破(下转第34页)34产业用纺织品第21卷总第151期 national,1999,49(6):501-503参考文献 15] James Lant. Podylactic Acid Polymers from Com. Ap plications in the Textiles Industry. Ind. Text, 2000.1郭臣我国非织造布工业应增加技术投入和加29(3):19125强科技创新.纺织导报,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. 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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页) 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欢迎订阅《国际纺织导报》(4-245)《国外纺织技术》(4-275)