紡織業光固化的運用研討
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本文作者：呂延曉 單位：中國感光學會輻射固化專委會
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劑二苯酮，進行了將多縮乙二醇二丙烯酸酯低聚物連續光接枝∕光交聯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生的光引發自由基，對接枝反應進行了研究。Reine等人借助于光引發聚合反應，對聚丙烯酸酰胺單體與棉花纖維的接枝共聚進行了研究。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近期發表了一篇題為“棉花纖維通過UV輻照實現光反應著色（Photo－reactive coloration of cotton fabrics by UVirradiation）”的文章［5］，報道了他們采用UV引發接枝共聚的方法，改善纖維與聚合物表面性能。實驗證明，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行表面處理，如對聚酯（PET）纖維和尼龍纖維（Nylon）織物進行表面處理，使其具有長期而持續的疏水性能。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度，因而使涂層變得堅硬。另一方面，經表面處理織物的耐磨性能又與交聯度直接相關。因此必須找到一種適當的平衡。從近期發表的論文看，Miao等人采用γ－射線引發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°。然而應當指出的是，工業規模的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目前還不現實。
最近，J．Branquinho等人發表了一篇題為“UV固化紡織品整理：服裝用棉、居家用棉、技術用棉和體育用棉，超疏水和疏油、側面功能的雙重整理”文章，報道了他們在棉花表面上完成一項光接枝∕光交聯并形成網絡結構的成功開發。借助于工業上廣泛使用的UV光源裝置和市場上可以采購到的光反應化合物（包括全氟碳鏈化合物），運用一種超聲噴射（ultrasonic spraying）技術，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，可根據整理所需的化學成分加以調節。這項開發相對于目前文獻中所公布的現有UV固化過程，其優勢是十分明顯的：各種原材料和必備的裝置都可從市場購得，化學配方的用量最低，無廢料產生，可以只處理織物基材一面（由于運用了超聲噴射），被處理織物基材具有良好的手感、柔韌性和耐洗滌性。這些優勢，再加上UV固化過程的上述優點（節省能量、減少材料消耗、占地面積小、加工時間短等），都為替代傳統的熱聚合反應工藝提出了挑戰。Su－Jin Kim和Jinho Jang（韓國）在其最近發表的“利用UV輻照對聚酯（PET）纖維進行拒水和拒油整理（Water－and oil－repellent of PET fab－rics using UV irradiation）”文章中稱，他們借助于一種化學配方（含有一種UV－活性的氟碳試劑和一種水溶性的光引發劑），對聚酯纖維單面進行UV固化拒水和拒油整理實驗研究。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。織物兩面（正面和背面）的拒水性能差別十分明顯。
Pieter Castelein等人最近發表了一篇題為“加速開發紡織品涂層整理產品（Speeding up the de－velopment of coated textile products）”文章［6］，著重闡述如何加快UV固化涂層整理產品的開發，縮短產品進入市場的周期。眾所周知，涂料的化學體系一般是由10～15種成分構成，各種成分之間既相互獨立又彼此關聯。這些成分的性質和濃度必須根據最終的使用要求仔細加以優化。因此，涂料化學體系可調的因素眾多，篩選和優化時需要進行大量的實驗工作。為此，他們借助于現代藥物篩選研究和開發新催化劑的經驗，通過快速分析測量，充分利用數據庫資源，運用統計學方法和目測手段，甚至利用機器人，實現數據獲取的自動化，試驗樣品的微型化（miniaturization）和試驗操作的并行化（parallelization），對涂層多參數體系同時進行篩選和優化。這套方法完全改變了過去那種傳統按步就班的老辦法，從而大大提高了效率，縮短了時間，并加快產品的開發進度。文章的作者運用這套高效方法，還對幾種織物基材（棉花、聚酯和尼龍）的柔軟和阻燃性能進行改進，進行了UV固化涂層整理所需化學體系成分的篩選和優化。
光固化體系至今在織物整理方面應用甚少，最近輻射固化體系和應用工程方面的研究進展，使世界經濟發達國家的紡織工業重新激發起對光固化技術在本領域應用的興趣。UV固化體系長期以來在其他領域大量的應用實例，以及近期UV固化的研發成果表明其具有的潛在優勢，可能為今后紡織品的涂層整理加工提供一種嶄新的選擇。據了解，國內光固化在紡織工業方面的應用研究工作至今尚未開展。不過，國外經濟發達國家目前所進行的開發工作，也尚未進展到商業化的地步。由此可見，根據國內光固化在其他領域應用的現有水平，只要抓緊光固化技術的應用研究，縮短該技術與國外在紡織工業方面應用的差距、甚至迎頭趕上，似乎并不是什么大的困難問題。