CN114635288A - 一种亲水整理剂及其在织物亲水整理的应用 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种亲水整理剂及其在织物亲水整理中的应用，所述亲水整理剂具有透明性，包括式I所示环烯烃类共聚物和亲水性表面活性剂，所述亲水性表面活性剂选自吐温系列、司盘系列、聚乙二醇、氟碳表面活性剂中的一种或多种。该亲水整理剂在疏水性纺织材料和非织造材料等疏水柔性基材表面形成超亲水性涂层，处理后的织物表面在空气里表现出超亲水性质，同时涂层具有一定的耐洗涤性、透明性和耐热性等。此外，涂层方法可用浸渍、喷涂、旋涂、浸轧等。本发明实施例设计的超亲水整理剂制备及应用方法简单，成本低廉，在提高疏水材料服用性和舒适性等领域有广泛的应用前景。

Description

一种亲水整理剂及其在织物亲水整理的应用

技术领域

本申请属于织物亲水整理技术领域，具体涉及一种亲水整理剂及其在织物亲水整理中的应用。

背景技术

润湿是液体在基材表面的铺展能力，Thomas Young最早提出了以液体接触角的概念来定义表面润湿性；习惯上以水接触角＝90°为界，该角度越小润湿性越好，超亲水表面是指角度接近0°的水接触角。润湿性在织物的服用性和舒适性方面十分重要，提高疏水织物特别是涤纶的服用舒适性是行业当前关键的课题之一。

涤纶是合成纤维中的一个重要品种，由于涤纶的回潮率较低，涤纶的穿着舒适性相对亲水性的棉纤维较差。涤纶是聚酯纤维的商品名称，其成纤高聚物是聚对苯二甲酸乙二醇酯，分子链中除了两个端羟基外，没有其他极性基团，因而难以亲水化改性。目前涤纶的亲水加工整理主要集中在两个方面：一种方法是直接对聚对苯二甲酸乙二醇酯分子链结构进行改性，接枝亲水性基团，这种方法对技术要求较高。

另外一种方法是对涤纶成品表面进行亲水性后整理，一般通过亲水整理剂的涂覆工艺在表面形成亲水性保护层，改善织物的服用性能。相对来说，这种直接对疏水织物表面的亲水性后整理简单可行。常用的亲水性整理剂主要包括亲水性组分壳聚糖、丝素、聚乙二醇(PEG)，以及聚醚改性聚硅氧烷、聚氨酯类亲水整理剂。这类亲水整理技术目前的关键在于：如何提高织物亲水性整理剂在疏水织物上的附着均匀、牢固性，亲水整理后面料的颜色等原有性能基本不变。

发明内容

有鉴于此，本申请旨在提供一种亲水整理剂及其在织物亲水整理中的应用，将本发明该亲水整理剂可应用于疏水织物的亲水后整理中，能有效提高织物的亲水性，同时还具有耐洗涤性，不影响织物原有颜色。

本发明提供了一种亲水整理剂，所述亲水整理剂具有透明性，包括环烯烃类共聚物和亲水性表面活性剂，所述亲水性表面活性剂选自吐温系列、司盘系列、聚乙二醇、氟碳表面活性剂(如全氟己基乙醇聚氧乙烯醚CAPSTONE FS-3100，CAPSTONE FS-50等)中的一种或多种；

所述环烯烃类共聚物具有式I结构，式I中x、y均为聚合度；

疏水纤维表面亲水改性主要包括表面形态结构改性、表面接枝改性和亲水整理剂的涂覆整理，本申请方向属于亲水整理剂的涂覆整理。本申请实施例开发出简单易行，同时具有超亲水性、牢度高且高透明度整理剂，对疏水性织物等基材的亲水性整理，具有重要的科学价值。

为实现上述目的，一方面，本发明提供一种亲水整理剂，其原料包括具有式I结构的聚合物，该聚合物为环烯烃类共聚物(COC)，主要用于提高涂层牢固性及亲水性。

在本发明的实施例中，所述的环烯烃类共聚物的化学结构通式如式I所示，其中x和y均为聚合度。所述环烯烃类共聚物可以采用市售的TOPAS产品；具体地，TOPAS品级和型号有8007，6013，6015，5013，6017系列。

本发明实施例所用的环烯烃类共聚物(COC)购自宝理公司(Polyplastics)，TOPAS是宝理公司开发出来的COC的商品名，是具有环状烯烃结构的非晶性透明共聚高分子。TOPAS具有与PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸树脂)相匹敌的光学性能以及具有高于PC(聚碳酸酯)的耐热性，还具有比PMMA和PC更加优良的尺寸稳定性等。COC具有高透明性，光线透过率可达91％，高耐热性(Tg 178℃)，低吸湿性和尺寸及光学性能稳定，还具有改善水蒸汽气密性，增加刚性和耐热性，能赋予易切割性等优点，主要用作传统材料的改性用材料。

并且，本发明所述亲水整理剂的原料包括亲水性表面活性剂，为吐温系列、司盘系列、聚乙二醇(如分子量为200-400)和氟碳表面活性剂(如全氟己基乙醇聚氧乙烯醚CAPSTONE FS-3100，CAPSTONE FS-50等)中的一种或多种，可根据疏水织物的类型和要求选取，例如优选吐温系列或司盘系列。不同脂肪酸的缩水山梨醇酯被称为司盘(或斯盘，Span)系列，吐温(Tween)系列是司盘和环氧乙烷的缩合物，亲水基为多元醇，均属于非离子型表面活性剂，对人体安全，对环境友好。其中，缩水山梨醇脂一般为油溶性，包括司盘20、司盘40、司盘60、司盘80、吐温20、吐温60、吐温80等。

所述的聚合物和表面活性剂比例和用量通常根据疏水织物的类型、要求适当调整，一般可溶于适量溶剂，但环烯烃类共聚物浓度不能太高，表面活性剂浓度不能太低，否则影响耐洗涤性，而单独使用环烯烃类共聚物不能赋予织物超亲水性能，单独的亲水性表面活性剂也不耐水洗。

在本发明的一些实施例中，按质量分数计，所述亲水整理剂包括以下组分：环烯烃类共聚物0.3-5％(优选为0.5％-2％)，亲水性表面活性剂0.5％-5％，余量为溶剂。

其中，所述环烯烃类共聚物的浓度更优选为0.5-1.5％；所述亲水性表面活性剂的浓度优选为1.0％-4.5％。所述的溶剂可为水和/或有机溶剂；所述有机溶剂优选为环己烷和柠檬烯中的一种或多种，更优选为环己烷。

另一方面，本发明实施例提供了上述超亲水整理剂的制备方法，具体包括如下步骤：将聚合物和表面活性剂分别溶解在有机溶剂或水中，得到超亲水整理剂。根据选用表面活性剂的溶解性、聚合物和表面活性剂溶解性差异，超亲水整理剂分为混合型和非混合型。由于有些表面活性剂难溶于有机溶剂，所述的非混合型即是可以分别施加在基材上进行整理的“两步涂层法”。该技术制作方法简单易行，灵活可调，适合大规模生产。

第三方面，本发明还提供如前文所述的亲水整理剂在疏水柔性基材亲水整理中的应用；所述疏水柔性基材为疏水织物或非织造基材。其中，本发明实施例主要提供了所述的超亲水整理剂在疏水织物的超亲水整理应用。所述疏水织物包括但不限于涤纶、丙纶等，可以为纱线或织物，对疏水织物的克重、组织结构等也无特殊限制。

具体地，所述应用包括：将疏水柔性基材如疏水织物表面施加所述亲水整理剂，形成涂层；所述形成涂层的方式可为浸渍、喷涂、旋涂或浸轧。作为优选，本发明实施例将疏水柔性基材浸渍于所述亲水整理剂中形成涂层；所述浸渍的时间可为1分钟～5分钟，优选为1～2分钟。

此外，涂层后的基材通常需要加热固化，使溶剂蒸发。在本发明的实施例中，所述涂层后的织物基材可以加热干燥，或常温下自然晾干。所述加热干燥的温度优选为35～135℃，更优选为100～130℃，加热时间可为0.5h～1.5h；所述常温为本领域熟知的10～30℃。

本发明实施例所述亲水整理后基材的水接触角在0～90°之间，优选在0～45°，更优选接近0°或等于0°(例如0～15°、0～10°)，即上述的亲水性整理剂可称为超亲水整理剂。并且，所述的超亲水整理剂具有透明性。

在本发明的实施例中，所述超亲水整理剂整理后的织物表面的亲水性会发生变化，体系中的表面活性剂(如吐温、司盘系列)附着在纤维表面，为织物表面提供大量亲水基团，使其表面形成一层亲水性层，达到提高纤维表面亲水性能的目的；环烯烃类共聚物(COC)固化后交联而将表面活性剂牢固地结合在纤维织物表面，提高耐水洗涤性能。COC与亲水表面活性剂相互协同增效作用，使处理的织物呈现高牢度、超亲水性能，且涂层为高透明度涂层，不影响织物基材原有颜色。

本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种超亲水整理剂，其在疏水性纺织材料和非织造材料等疏水柔性基材表面形成超亲水性涂层，处理后的织物表面在空气里表现出超亲水性质，同时涂层具有一定的耐洗涤性、透明性和耐热性等。此外，涂层方法可用浸渍、喷涂、旋涂、浸轧等。本发明设计的超亲水整理剂制备及应用方法简单，成本低廉，在提高疏水材料服用性和舒适性等领域有广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1为实施例1的亲水整理剂处理前后及洗涤后的涤纶润湿状态图；

图2为实施例2的亲水整理剂处理后及200℃处理1h后的涤纶润湿状态图；

图3为实施例4的亲水整理剂处理前后及洗涤后的涤纱的润湿状态图。

具体实施方式

下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。如无特殊说明的，均为重量份数。以下实施例中，所用原料为市售产品。COC购自宝理公司(Polyplastics)，TOPAS是宝理公司开发出来的COC的商品名，型号分为8007，6013，6015，5013，6017系列，以下实施例中均采用型号6013。Capstone FS-3100购自杜邦公司。吐温，司盘，聚乙二醇，水溶性聚氨酯以及聚醚酰亚胺等购自国药或当地工厂。涤纶，涤纱和其他疏水基材均购自商店，对织物的克重和结构无要求。洗涤方法参照AATCC 61 Method 2A，1次标准洗涤相当于5次家庭洗涤。

实施例1：

在常温下，将1.0g环烯烃类共聚物溶于100ml环己烷中，搅拌溶解后加入3.0g吐温80，搅拌混合均匀，得到环烯烃类共聚物/吐温混合溶液(1％COC)。

将涤纶织物浸渍于上述溶液，浸渍1分钟，130℃烘1.0h，得到超亲水整理后的涤纶。

在未整理和超亲水整理后以及超亲水整理洗涤后的涤纶表面分别滴10μL的水滴，整理前后以及20个标准循环洗涤后的涤纶的润湿性变化如图1所示。从图1可见，未处理的原始涤纶表面是疏水性的，水接触角在100-130°左右，水滴5分钟后慢慢铺展。亲水整理后的涤纶是超亲水性的，水滴在1s内立即铺展，20次标准洗涤后的涤纶水滴在2s内立即铺展。洗涤方法参照AATCC 61Method 2A，20次标准洗涤相当于100次家庭洗涤，洗涤后水滴仍然快速铺展，说明有一定的耐洗涤性。

此外，仅将1.0wt％环烯烃类共聚物溶液浓度换成3.0-5.0wt％，所得整理后涤纶手感变差，服用舒适性下降。COC浓度高，降低手感、影响织物服用舒适性。

实施例2：

将3.0g吐温80加入100ml水中，搅拌混合均匀。在常温下，将1.0g环烯烃类共聚物溶于100ml环己烷中，搅拌溶解，分别得到3.0wt％吐温80水溶液以及1.0wt％环烯烃类共聚物溶液。

将涤纶加入上述吐温水溶液，浸渍2分钟，130℃烘0.5h。然后将吐温处理后的涤纶加入上述环烯烃类共聚物溶液，浸渍2分钟，130℃烘1.0h，得到超亲水整理后的涤纶。

在未整理和超亲水整理后以及超亲水整理洗涤后的涤纶表面分别滴10μL的水滴，润湿性变化如图2所示。未处理的涤纶表面是疏水性的，水接触角在100-130°左右，水滴5分钟后慢慢铺展。亲水整理后的涤纶为超亲水，水接触角0°，铺展时间为1s，效果与实施例1基本无差异。

另外，将亲水整理后的涤纶在200℃下烘1h后，涤纶仍然是亲水的，水滴在25s内铺展。表明涂层有一定的耐高温性。

实施例3：

将3.0g聚乙二醇(PEG)300和3.0g吐温20加入100ml水中，70℃搅拌1h混合均匀。在常温下，将1.0g环烯烃类共聚物溶于100ml柠檬烯中，搅拌溶解，分别得到聚乙二醇/吐温混合水溶液以及环烯烃类共聚物溶液。

两步法处理涤纶面料，首先将涤纶加入上述水溶液，浸渍2分钟，130℃烘0.5h，整理后的涤纶加入上述环烯烃类共聚物溶液，浸渍1分钟，130℃烘1.0h后得到超亲水整理后的涤纶。

在未整理和超亲水整理后以及亲水整理洗涤后的涤纶表面分别滴10μL的水滴。未处理的涤纶表面是疏水性的，水接触角在100-130°左右，水滴5分钟后慢慢铺展。而亲水整理后和亲水整理洗涤后的涤纶均为超亲水，水接触角0°。

此外，将3.0wt％吐温20去掉，只加聚乙二醇300。所得整理后涤纶疏水性下降，接触角变小(约70-90°)。

实施例4：

在常温下，将3.0g Capstone FS-3100加入100ml水中，混合均匀。将1.0g环烯烃类共聚物溶于100ml环己烷中，搅拌溶解。分别得到FS-3100水溶液以及环烯烃类共聚物溶液。

两步法处理涤纶纱，首先将涤纱加入上述水溶液，浸渍2分钟，取出烘干。将处理好的涤纱加入上述环烯烃类共聚物溶液，浸渍1分钟，取出烘干后得到超亲水整理后的涤纱。

在未整理和超亲水整理后以及亲水整理洗涤后的涤纱表面分别滴10μL的水滴，整理前后以及5个家庭循环洗涤后的涤纱的润湿性变化如图3所示。

未处理的涤纱表面是疏水性的，接触角为100-135°左右，水滴5分钟后未完全铺展。亲水整理后的涤纶是超亲水性的，水滴在2s内立即铺展。洗涤后的涤纱水滴在5s内铺展。

实施例5：

同实施例1，将涤纶分别换成涤纱、麻，结果与实施例1类似，空气中是超亲水，亲水性无显著差异。

实施例6：

同实施例2，将吐温80分别换成吐温60、司盘，得到整理剂。处理涤纶后，结果与实施例2类似，空气中是超亲水，亲水性无显著差异。

实施例7：

同实施例3，将3.0wt％吐温20分别换成1.0wt％、2.0wt％、4.0wt％，得到整理剂。处理涤纶后，结果与实施例3类似，空气中是超亲水，亲水性无显著差异。

以上实施例5-7的亲水整理效果，均与对应实施例无明显差异。

对比例1：

在常温下，将1.0g环烯烃类共聚物溶于100ml环己烷中，搅拌混合均匀，得到1.0wt％环烯烃类共聚物合溶液。

将涤纶加入上述溶液，浸渍2分钟，取出烘干，得到整理后的涤纶。整理后的涤纶相比整理前变化不大，水滴不铺展。

对比例2：

在常温下，将3.0g吐温80溶于100ml水中搅拌混合均匀，得到3.0wt％吐温80水溶液。

将涤纶加入上述溶液，浸渍10分钟，130℃烘1.0h，得到整理后的涤纶。整理后涤纶为超亲水，水滴在1s内铺展。然后，经五个家庭循环洗涤后，涤纶超亲水性消失，恢复原始疏水状态。

由以上对比例可知，单独的COC涂层不能赋予织物超亲水性，而单独的亲水组分不耐水洗。

对比例3：

同实施例4，将1.0wt％环烯烃类共聚物去掉，只用FS-3100溶液处理涤纶面料。整理后的涤纶是超亲水的，水滴在1s内铺展。然而，经五个家庭循环洗涤后，涤纶超亲水性消失，恢复原始疏水状态。可见，单独亲水组分FS-3100处理后亲水性好，但耐洗涤差。

对比例4：

在常温下，将1.0g聚醚酰亚胺溶于100ml水中搅拌混合均匀，加入3.0g吐温80搅拌混合均匀，得到1.0wt％聚醚酰亚胺和3.0wt％吐温80混合溶液。

将涤纶加入上述溶液，浸渍10分钟，130℃烘1.0h，得到整理后的涤纶。整理后涤纶颜色是焦黄色的，在空气里是超亲水的，水滴在1s内铺展。经五个家庭循环洗涤后，涤纶恢复原有疏水状态。可见，聚醚酰亚胺改性对织物颜色有影响且耐洗涤差，本发明配方不影响颜色、耐洗涤好。

对比例5：

同对比例4，将1.0g聚醚酰亚胺换成水溶性聚氨酯，加入固化剂。亲水性、耐洗涤性和对比例4无显著差异。

由以上实施例可知，本发明提供的亲水整理剂，其在疏水性纺织材料和非织造材料等疏水柔性基材表面形成超亲水性涂层，处理后的织物表面在空气里表现出超亲水性质，同时涂层具有耐洗涤性、透明性和耐热性等。本发明所述的超亲水整理剂制备及应用方法简单，成本低廉，在提高疏水材料服用性和舒适性领域有广泛的应用前景。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种亲水整理剂，其特征在于，所述亲水整理剂具有透明性，包括环烯烃类共聚物和亲水性表面活性剂，所述亲水性表面活性剂选自吐温系列、司盘系列、聚乙二醇和氟碳表面活性剂中的一种或多种；

所述环烯烃类共聚物具有式I结构，式I中x、y均为聚合度；

2.根据权利要求1所述的亲水整理剂，其特征在于，按质量分数计，所述亲水整理剂包括以下组分：环烯烃类共聚物0.3％-5％，亲水性表面活性剂0.5％-5％，余量为溶剂。

3.根据权利要求2所述的亲水整理剂，其特征在于，所述溶剂为水和有机溶剂中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的亲水整理剂，其特征在于，所述有机溶剂为环己烷和柠檬烯中的一种或多种。

5.如权利要求1-4任一项所述的亲水整理剂在疏水柔性基材亲水整理中的应用；所述疏水柔性基材为疏水织物或非织造基材。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述应用包括：将疏水柔性基材表面施加所述亲水整理剂形成涂层；所述形成涂层的方式为浸渍、喷涂、旋涂或浸轧。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，将疏水柔性基材浸渍于所述亲水整理剂中形成涂层；所述浸渍的时间为1～5分钟。

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述涂层后的基材加热干燥或常温下自然晾干。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述加热干燥的温度为35～135℃，时间为0.5～1.5h。

10.根据权利要求5-9任一项所述的应用，其特征在于，所述亲水整理后基材的水接触角在0～90°之间。

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