紡織業(yè)光固化的運(yùn)用研討

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本文作者：呂延曉 單位：中國感光學(xué)會輻射固化專委會

1979年，Guthrie［2－3］采用纖維素∕二甲基亞砜∕甲醛體系通過初始羥甲基化，將苯乙烯光接枝到棉花纖維上。接枝程度隨著主體單體濃度的增加而達(dá)到最大化，最大化的位置在某種程度上取決于照射時間。Jang等人采用水溶性光引發(fā)劑二苯酮，進(jìn)行了將多縮乙二醇二丙烯酸酯低聚物連續(xù)光接枝∕光交聯(lián)到棉花纖維上的研究。Hong和Chan倆人采用纖維素和纖維素衍生物中產(chǎn)生的光引發(fā)自由基，對接枝反應(yīng)進(jìn)行了研究。Reine等人借助于光引發(fā)聚合反應(yīng)，對聚丙烯酸酰胺單體與棉花纖維的接枝共聚進(jìn)行了研究。他們觀察到，改性后的棉花與棉花纖維參照樣品相比，其再吸濕性（moisture　regain）提高很多［4］。Dong　Y和Jang　J近期發(fā)表了一篇題為“棉花纖維通過UV輻照實(shí)現(xiàn)光反應(yīng)著色（Photo－reactive　coloration　of　cotton　fabrics　by　UVirradiation）”的文章［5］，報道了他們采用UV引發(fā)接枝共聚的方法，改善纖維與聚合物表面性能。實(shí)驗(yàn)證明，丙烯酸單體∕染料（雙乙烯基砜）二元體系對棉花表面光接枝具有協(xié)同作用。

在織物拒水、拒油和防污整理方面，最感興趣的是含有聚二甲基硅氧烷（PDMS）UV固化聚氨酯低聚物。這一類型低聚物用于織物進(jìn)行表面處理，如對聚酯（PET）纖維和尼龍纖維（Nylon）織物進(jìn)行表面處理，使其具有長期而持續(xù)的疏水性能。然而值得指出的是，目前大部分常用的低聚物一般黏度都很高，因而難以操作。這些低聚物必須　采用一種反應(yīng)性稀釋劑加以稀釋。稀釋劑官能度的提高，會增大固化后涂層的交聯(lián)度，因而使涂層變得堅硬。另一方面，經(jīng)表面處理織物的耐磨性能又與交聯(lián)度直接相關(guān)。因此必須找到一種適當(dāng)?shù)钠胶?。從近期發(fā)表的論文看，Miao等人采用γ－射線引發(fā)全氟烴基磷酸丙烯酸酯（perfluoroalkylphosphate　acrylate）輻射接枝，使棉花拒水和拒油性都大幅提高，對水和對油的接觸角分別超過150°和140°。然而應(yīng)當(dāng)指出的是，工業(yè)規(guī)模的γ－射線裝置一般成本都很高，因而將上述方法用于紡織品整理作業(yè)目前還不現(xiàn)實(shí)。

最近，J．Branquinho等人發(fā)表了一篇題為“UV固化紡織品整理：服裝用棉、居家用棉、技術(shù)用棉和體育用棉，超疏水和疏油、側(cè)面功能的雙重整理”文章，報道了他們在棉花表面上完成一項光接枝∕光交聯(lián)并形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的成功開發(fā)。借助于工業(yè)上廣泛使用的UV光源裝置和市場上可以采購到的光反應(yīng)化合物（包括全氟碳鏈化合物），運(yùn)用一種超聲噴射（ultrasonic　spraying）技術(shù)，得到了在棉花表面上超疏水（superhydrophobicity）和高疏油（high　oleophobicity）的理想性能，對水和對油的接觸角分別為150°和120～130°，并且具有優(yōu)良的耐洗牢度（wash　fastness）。棉織物正面和背面的排拒性能高低，可根據(jù)整理所需的化學(xué)成分加以調(diào)節(jié)。這項開發(fā)相對于目前文獻(xiàn)中所公布的現(xiàn)有UV固化過程，其優(yōu)勢是十分明顯的：各種原材料和必備的裝置都可從市場購得，化學(xué)配方的用量最低，無廢料產(chǎn)生，可以只處理織物基材一面（由于運(yùn)用了超聲噴射），被處理織物基材具有良好的手感、柔韌性和耐洗滌性。這些優(yōu)勢，再加上UV固化過程的上述優(yōu)點(diǎn)（節(jié)省能量、減少材料消耗、占地面積小、加工時間短等），都為替代傳統(tǒng)的熱聚合反應(yīng)工藝提出了挑戰(zhàn)。Su－Jin　Kim和Jinho　Jang（韓國）在其最近發(fā)表的“利用UV輻照對聚酯（PET）纖維進(jìn)行拒水和拒油整理（Water－and　oil－repellent　of　PET　fab－rics　using　UV　irradiation）”文章中稱，他們借助于一種化學(xué)配方（含有一種UV－活性的氟碳試劑和一種水溶性的光引發(fā)劑），對聚酯纖維單面進(jìn)行UV固化拒水和拒油整理實(shí)驗(yàn)研究。未受UV固化的一面則通過UV／臭氧長時間輻照，纖維織物的吸濕性因表面改性而得到改善?？椢飪擅妫ㄕ婧捅趁妫┑木芩阅懿顒e十分明顯。

Pieter　Castelein等人最近發(fā)表了一篇題為“加速開發(fā)紡織品涂層整理產(chǎn)品（Speeding　up　the　de－velopment　of　coated　textile　products）”文章［6］，著重闡述如何加快UV固化涂層整理產(chǎn)品的開發(fā)，縮短產(chǎn)品進(jìn)入市場的周期。眾所周知，涂料的化學(xué)體系一般是由10～15種成分構(gòu)成，各種成分之間既相互獨(dú)立又彼此關(guān)聯(lián)。這些成分的性質(zhì)和濃度必須根據(jù)最終的使用要求仔細(xì)加以優(yōu)化。因此，涂料化學(xué)體系可調(diào)的因素眾多，篩選和優(yōu)化時需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)工作。為此，他們借助于現(xiàn)代藥物篩選研究和開發(fā)新催化劑的經(jīng)驗(yàn)，通過快速分析測量，充分利用數(shù)據(jù)庫資源，運(yùn)用統(tǒng)計學(xué)方法和目測手段，甚至利用機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取的自動化，試驗(yàn)樣品的微型化（miniaturization）和試驗(yàn)操作的并行化（parallelization），對涂層多參數(shù)體系同時進(jìn)行篩選和優(yōu)化。這套方法完全改變了過去那種傳統(tǒng)按步就班的老辦法，從而大大提高了效率，縮短了時間，并加快產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)度。文章的作者運(yùn)用這套高效方法，還對幾種織物基材（棉花、聚酯和尼龍）的柔軟和阻燃性能進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)行了UV固化涂層整理所需化學(xué)體系成分的篩選和優(yōu)化。

光固化體系至今在織物整理方面應(yīng)用甚少，最近輻射固化體系和應(yīng)用工程方面的研究進(jìn)展，使世界經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的紡織工業(yè)重新激發(fā)起對光固化技術(shù)在本領(lǐng)域應(yīng)用的興趣。UV固化體系長期以來在其他領(lǐng)域大量的應(yīng)用實(shí)例，以及近期UV固化的研發(fā)成果表明其具有的潛在優(yōu)勢，可能為今后紡織品的涂層整理加工提供一種嶄新的選擇。據(jù)了解，國內(nèi)光固化在紡織工業(yè)方面的應(yīng)用研究工作至今尚未開展。不過，國外經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家目前所進(jìn)行的開發(fā)工作，也尚未進(jìn)展到商業(yè)化的地步。由此可見，根據(jù)國內(nèi)光固化在其他領(lǐng)域應(yīng)用的現(xiàn)有水平，只要抓緊光固化技術(shù)的應(yīng)用研究，縮短該技術(shù)與國外在紡織工業(yè)方面應(yīng)用的差距、甚至迎頭趕上，似乎并不是什么大的困難問題。