精紡毛織物的無(wú)氟拒水整理

王科林， 孟 霞， 羅 濤， 胡衍聰

(山東濟(jì)寧如意毛紡織股份有限公司， 山東 濟(jì)寧 272073)

精紡毛織物的無(wú)氟拒水整理

王科林， 孟 霞， 羅 濤， 胡衍聰

(山東濟(jì)寧如意毛紡織股份有限公司， 山東 濟(jì)寧 272073)

針對(duì)含氟拒水劑不環(huán)保的缺點(diǎn)，采用無(wú)氟拒水整理劑WS CONC.賦予毛織物拒水性能。討論了拒水整理劑WS CONC.質(zhì)量濃度、催化劑BC質(zhì)量濃度、焙烘溫度和焙烘時(shí)間對(duì)毛織物拒水性能的影響。利用水滴接觸角方法觀察了毛織物的拒水性能。結(jié)果表明，在帶液率為70%的情況下，較佳的整理工藝為：無(wú)氟拒水整理劑WS CONC.質(zhì)量濃度60 g/L，催化劑BC質(zhì)量濃度60 g/L，在170 ℃焙烘70 s。整理后，毛織物的初始拒水等級(jí)可達(dá)100分，5次干洗后仍可達(dá)75分，毛織物的手感不夠柔軟，顏色輕微泛黃，強(qiáng)力增加。

精紡毛織物； 拒水整理； 整理劑； 水滴接觸角； 優(yōu)化工藝

Abstract The aim of this study is to endow water repellency to wool fabric by using fluorine-free water repellent agent WS CONC., thus avoiding the potential risk for environment from fluoroalkyl compounds. The influence of concentration of water repellent agent WS CONC.and catalyst agent BC, curing temperature and time on water repellency of wool fabric was disscussed. Water contact angle was used to observe water repellency of wool fabric. The results showed that the optimum finishing process was 70% take-up, fluorine-free water repellent agent WS CONC. 60 g/L, catalyst agent BC 60 g/L, and curing at 170 ℃ for 70 s for 5 times. After finishing, the initial water repellent level of wool fabric was 100, and 75 after dry cleaning for 5 times. The hand feeling of wool fabric was poor, the color became sightly yellowed, and the strength increased.

Keywords worsted fabric； water repellent finish； finishing agent； water contact angle； optimum process

拒水紡織品是一種重要的功能性紡織品，賦予紡織品拒水功能一般可采用物理和化學(xué)2種方法。物理方法主要是對(duì)紡織品表面進(jìn)行活化或刻蝕處理，不改變紡織品的固有特性[1-3]?；瘜W(xué)方法常用的是長(zhǎng)鏈氟碳化合物，但氟碳化合物具有潛在的生物毒性，對(duì)人體和環(huán)境會(huì)造成一定的危害[4-6]。歐盟已實(shí)施禁止使用長(zhǎng)鏈氟碳拒水整理劑的指令。該指令將影響我國(guó)紡織品、皮革、印染助劑、化妝品等的出口[3，7-8]，因此，新型無(wú)氟拒水整理劑的開(kāi)發(fā)成為新的研究熱點(diǎn)。

亨斯邁紡織染化有限公司成功研制了新型無(wú)氟拒水整理劑WS CONC.，該產(chǎn)品為聚硅氧烷乳液，不含任何氟化物，如全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸(PFOS)。

本文對(duì)無(wú)氟拒水整理劑WS CONC.在精紡毛織物上的整理工藝進(jìn)行了研究，考察了WS CONC.的應(yīng)用效果以及無(wú)氟拒水整理對(duì)毛織物性能的影響。

1 試 驗(yàn)

1.1 材料和設(shè)備

精紡純毛高支嘩嘰斜紋織物：經(jīng)紗采用線(xiàn)密度為9.9 tex 的雙股純毛紗，緯紗采用線(xiàn)密度為15.3 tex的純毛紗，經(jīng)密為402 根/10 cm，緯密為374 根/10 cm

拒水整理劑WS CONC.，催化劑BC，亨斯邁紡織染化有限公司；醋酸，泰安助劑廠。

FOULARD 3-C浸軋機(jī)，意大利CIMI公司，VNE6烘干定型機(jī)，德國(guó)布魯克納公司，KD SUPREMA 95 HQ-1600罐蒸機(jī)，意大利Biella Shrunk Process公司。

1.2 拒水整理

工藝流程：配制整理液(HAC調(diào)pH值至6)→浸軋(一浸一軋，帶液率70%)→烘干(130 ℃×120 s)→焙烘(140～180 ℃，50～100 s)→蒸呢(溫度121 ℃，時(shí)間110 s，壓力0.06 MPa，包布張力1 176 N)→性能測(cè)試。

整理液配方：拒水整理劑WS CONC.質(zhì)量濃度為30～80 g /L；催化劑BC質(zhì)量濃度為30～90 g/L。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 拒水性能測(cè)試

按照GB/T 4745—2012 《紡織品 防水性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià) 沾水法》測(cè)試試樣的拒水性能。數(shù)據(jù)處理時(shí)轉(zhuǎn)換成分值表示沾濕等級(jí)。GB 5相當(dāng)于 ISO 5及 AATCC 100的等級(jí)，表示表面沒(méi)有潤(rùn)濕或附著水珠；GB 4相當(dāng)于ISO 4及 AATCC 90的等級(jí)，表示表面有輕微不規(guī)則的潤(rùn)濕或附著水珠；GB 3 相當(dāng)于ISO 3及AATCC 80的等級(jí)，表示表面噴射點(diǎn)有潤(rùn)濕；GB 2 相當(dāng)于ISO 2及AATCC 70的等級(jí)，表示表面噴射點(diǎn)以外也有潤(rùn)濕；GB 1相當(dāng)于 ISO 1及AATCC 50的等級(jí)，表示表面噴射點(diǎn)以外完全潤(rùn)濕；GB 0相當(dāng)于ISO 0及AATCC 0的等級(jí)，表示表面完全潤(rùn)濕[3]。

1.3.2 手感和顏色測(cè)評(píng)

采用3人主觀評(píng)定方法評(píng)價(jià)試樣的手感，依次分為柔軟、較柔軟、一般、干澀。

純正度也采用3人主觀評(píng)定方法評(píng)價(jià)，然后采用Datacolor 650測(cè)色儀測(cè)定色差。

1.3.3 斷裂強(qiáng)力測(cè)試

按照GB/T 3923.1—2013 《紡織品 織物拉伸性能 第1部分:斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定(條樣法)》測(cè)定試樣的斷裂強(qiáng)力[9]。

1.3.4 撕破強(qiáng)力測(cè)試

按照GB/T 3917.2—2009 《紡織品 織物撕破性能 第2部分:褲形試樣(單縫)撕破強(qiáng)力的測(cè)定》測(cè)定試樣的撕破強(qiáng)力[9]。

2 結(jié)果與討論

2.1 毛織物的無(wú)氟拒水整理效果

在拒水整理劑WS CONC.質(zhì)量濃度為50 g/L，不加催化劑BC，溫度為170 ℃，焙烘60 s的工藝條件下整理，整理后毛織物的拒水性能由30分提高至80分，提升顯著。這是由于毛纖維表面存在鱗片層，鱗片的外表皮層含有可賦予毛纖維表面天然疏水性的類(lèi)脂物，使其具有一定的疏水性，所以自然狀態(tài)下的毛纖維有一定的疏水性[10]。由于WS CONC.為聚硅氧烷乳液，將其作用于毛織物表面，可在纖維表面形成一層薄膜，導(dǎo)致纖維表面被大量非親水基團(tuán)覆蓋，毛織物的拒水性能提高。

2.2 無(wú)氟拒水整理工藝優(yōu)化

2.2.1 拒水整理劑質(zhì)量濃度

在不加催化劑BC，溫度170 ℃，焙烘60 s的工藝條件下整理。圖1示出精紡毛織物經(jīng)過(guò)不同質(zhì)量濃度拒水整理劑WS CONC.整理后的拒水性能。

由圖1可知:在一定條件下，隨著WS CONC.質(zhì)量濃度的增加，毛織物的拒水性能提高；但當(dāng)WS CONC.質(zhì)量濃度增加到一定值后，毛織物的拒水性能隨濃度的增加變化不大，趨于平穩(wěn)。WS CONC.質(zhì)量濃度達(dá)到60 g/L以上時(shí)，毛織物的拒水性能達(dá)最佳狀態(tài)，從降低生產(chǎn)成本和減少環(huán)境危害的角度出發(fā)，拒水整理劑WS CONC.的質(zhì)量濃度以60 g/L為宜。

2.2.2 催化劑質(zhì)量濃度

拒水整理劑WS CONC.質(zhì)量濃度為60 g/L，改變催化劑BC的質(zhì)量濃度(催化劑BC與拒水整理劑WS CONC.的濃度比值分別為0.5、0.7、0.8、1.0、1.2和1.5)，溫度170 ℃，焙烘60 s，整理后織物的拒水性能見(jiàn)圖2。

由圖2可知，催化劑BC的加入可提高單一拒水整理劑WS CONC.的拒水性能，毛織物的拒水性能提高。這是由于催化劑BC為聚二甲基硅氧烷和自交聯(lián)縮聚物乳液，其對(duì)拒水整理劑WS CONC.與毛纖維的交聯(lián)反應(yīng)具有催化作用，加速了拒水劑分子與纖維的交聯(lián)以及拒水劑分子的定向排列，使其更加充分，所以拒水性能提高[11]。在一定條件下，隨著催化劑BC質(zhì)量濃度的增加，拒水性能提高；但當(dāng)催化劑BC的質(zhì)量濃度達(dá)到一定值后，繼續(xù)增加其濃度，織物的拒水性能基本趨于穩(wěn)定。當(dāng)催化劑BC的質(zhì)量濃度為60～70 g/L時(shí)，織物的拒水性能最佳，因此，催化劑BC的質(zhì)量濃度以60 g/L為宜。

2.2.3 焙烘溫度

拒水整理劑WS CONC.質(zhì)量濃度為60 g/L，催化劑BC質(zhì)量濃度為60 g/L，在不同的溫度下焙烘60 s，整理后織物的拒水性能見(jiàn)圖3。

由圖3可知，焙烘溫度對(duì)織物的拒水性能有顯著影響。當(dāng)溫度低于170 ℃時(shí)，隨著溫度的升高，拒水性能顯著提高；當(dāng)溫度達(dá)到170 ℃時(shí)，繼續(xù)升高溫度，毛織物的拒水性能基本無(wú)變化，趨于穩(wěn)定。這是由于當(dāng)溫度較低時(shí)，升溫有利于加快拒水劑分子與毛纖維的交聯(lián)反應(yīng)，使其反應(yīng)更充分，纖維表面被非親水性基團(tuán)的覆蓋率增加；同時(shí)，溫度的升高可促使拒水劑分子在毛織物表面相互交聯(lián)成膜，拒水劑分子定向排列更規(guī)則，形成一層拒水薄膜。但當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)，交聯(lián)反應(yīng)已得到充分進(jìn)行，拒水性能不再提高，繼續(xù)升溫，只會(huì)對(duì)毛織物的顏色和強(qiáng)力造成損傷，因此，焙烘溫度以170 ℃為宜。

2.2.4 焙烘時(shí)間

拒水整理劑WS CONC.質(zhì)量濃度為60 g/L，催化劑BC質(zhì)量濃度為60 g/L，在170 ℃分別焙烘50、60、70、80、100 s，整理后織物的拒水性能見(jiàn)圖4。

由圖4可知，與焙烘溫度相比，焙烘時(shí)間對(duì)織物拒水性能的影響不夠顯著，但隨著焙烘時(shí)間的延長(zhǎng)，拒水性能提高；焙烘時(shí)間延長(zhǎng)到一定值后，拒水性能不再發(fā)生改變。這是由于拒水劑分子與纖維的交聯(lián)以及拒水劑分子的自交聯(lián)定向排列都需要一定的時(shí)間，時(shí)間的延長(zhǎng)，使得拒水劑分子與纖維的交聯(lián)以及拒水劑分子的定向排列更加充分，拒水性能提高。隨著時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)，助劑已經(jīng)充分的吸附交聯(lián)，拒水性能不再發(fā)生變化[11]，因此，焙烘時(shí)間以70 s為宜。

2.3 無(wú)氟拒水毛織物的性能

通過(guò)對(duì)無(wú)氟拒水整理工藝的優(yōu)化試驗(yàn)，得出拒水性能較佳的整理工藝為：帶液率70%，無(wú)氟拒水整理劑WS CONC.的質(zhì)量濃度為60 g/L，催化劑BC的質(zhì)量濃度為60 g/L，溫度170 ℃，焙烘70 s。在此工藝條件下，制得了無(wú)氟拒水毛織物。

2.3.1 拒水性能

無(wú)氟拒水毛織物的水滴接觸角如圖5所示。由圖可知，在織物表面的水滴可來(lái)回滾動(dòng)，但織物不被沾濕或潤(rùn)濕，表現(xiàn)出較佳的疏水性能；且拒水毛織物的初始拒水等級(jí)為100分，經(jīng)5次干洗后，其拒水等級(jí)仍可達(dá)到75分，表現(xiàn)出較好的拒水耐久性，能滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)毛織物拒水性能的要求。

2.3.2 手感和顏色

經(jīng)過(guò)拒水整理后，毛織物的手感和顏色變化如表1所示。

表1 拒水整理對(duì)織物手感和顏色的影響

注：以未拒水整理毛織物為標(biāo)樣。

由表1可知，經(jīng)過(guò)拒水整理后，毛織物的手感較之前發(fā)澀，不如整理前柔軟，顏色輕微泛黃，但△E值為0.104，色差評(píng)級(jí)為4～5級(jí)，由此可以看出，拒水整理對(duì)毛織物的顏色影響較小。

2.3.3 強(qiáng) 力

拒水整理后織物的強(qiáng)力變化如表2所示。由表可知，拒水整理后，毛織物的強(qiáng)力增加。這可能是由于未浸軋拒水整理液的毛織物，經(jīng)高溫焙烘后，其性能會(huì)受到一定的損傷，強(qiáng)力下降；浸軋拒水整理液后，拒水劑分子與毛纖維在高溫焙烘下會(huì)發(fā)生交聯(lián)，當(dāng)纖維受到外力作用時(shí)，可為毛纖維分擔(dān)外加應(yīng)力；同時(shí)拒水劑分子的自交聯(lián)可在毛織物上形成一層高分子膜，此膜的延展性增加了織物抵抗外力作用的能力[12]，織物強(qiáng)力增加。

表2 拒水整理對(duì)織物強(qiáng)力的影響

3 結(jié) 論

1) 將拒水劑WS CONC.應(yīng)用于毛織物，實(shí)現(xiàn)了毛織物的無(wú)氟拒水整理，織物拒水性能較好。

2) 無(wú)氟拒水整理較佳工藝為：無(wú)氟拒水整理劑WS CONC.的質(zhì)量濃度60 g/L，催化劑BC的質(zhì)量濃度 60 g/L，軋余率70%，溫度170 ℃，焙烘70 s，此時(shí)，毛織物的初始拒水等級(jí)為100分，5次干洗后仍可達(dá)到75分，具有較好的耐久性。

3) 無(wú)氟拒水整理后，毛織物手感發(fā)澀，不夠柔軟，顏色輕微泛黃，影響較小，強(qiáng)力有所提升。

[1] 劉程.表面活性劑應(yīng)用大全[M].北京:北京工業(yè)大學(xué)出版社,1992:88. LIU Cheng. Application of Surfactant Daquan[M].Beijing:Beijing University of Technology Press,1992:88.

[2] 洪國(guó)沈，吳明華，鮑進(jìn)躍.含氟聚硅氧烷改性水性聚氨酯的制備及其性能[J].紡織學(xué)報(bào)，2014,35(11):68-73. HONG Guoshen, WU Minghua, BAO Jinyue. Preparation of waterbrone polyurethane modified with fluorinated polysiloxane and its properties[J].Journal of Textile Research, 2014,35(11):68-73.

[3] 李永海，魏麗麗，蔡再生.無(wú)氟拒水劑HA-210對(duì)棉織物的拒水性能[J].印染，2009,35(12):37-39. LI Yonghai, WEI Lili, CAI Zaisheng. Water repellent finish of cotton fabrics with fluorine-free agent HA-210[J].China Dyeing & Finishing, 2009,35(12):37-39.

[4] 陳榮圻.PFOS和PFOA替代品取向新進(jìn)展：一[J].印染，2012,38(15):47-50. CHEN Rongqi. Development of alternatives to PFOS and PFOA：I[J]. China Dyeing & Finishing, 2012,38(15):47-50.

[5] 李正雄，邢彥軍，戴瑾瑾.棉織物溶膠-凝膠法的無(wú)氟拒水整理研究[J].印染，2007,33(10):10-12. LI Zhengxiong, XING Yanjun, DAI Jinjin. Study on non fluoro water repellent finish of cotton fabric by sol-gel progess[J]. China Dyeing & Finishing, 2007,33(10):10-12.

[6] 陳榮圻.PFOS和PFOA替代品新進(jìn)展[J].染料與染色，2012,49(3):31-39. CHEN Rongqi. New advances in substitutes of PFOS and PFOA[J].Dyestuffs and Coloration, 2012,49(3):31-39.

[7] 于艷紅，陳啟宏.無(wú)氟拒水整理劑NT-X018[J].印染，2014,40(8):36-39. YU Yanhong, CHEN Qihong. Fluorine-free water repellent agent NT-X018[J]. China Dyeing & Finishing, 2014,40(8):36-39.

[8] 高琴文，劉玉勇，朱泉，等.棉織物無(wú)氟超疏水整理[J].紡織學(xué)報(bào)，2009,30(5):78-81. GAO Qinwen, LIU Yuyong, ZHU Quan, et al. Non-fluorinated superhydrophobic finish of cotton fabric[J].Journal of Textile Research, 2009,30(5):78-81.

[9] 王科林，陳克寧，牛家?guī)V，等.聚氨酯基TiO2隔熱涂層織物[J].印染，2010,36(8):5-10. WANG Kelin, CHEN Kening, NIU Jiarong, et al. Thermal insulation coating with polyurethane-based titanium dioxide[J]. China Dyeing & Finishing, 2010,36(8):5-10.

[10] 徐然松，程風(fēng)俠，董榮華，等.毛纖維拒水整理研究[J].皮革科學(xué)與工程，2009,19(2):51-54. XU Ransong, CHEN Fengxia, DONG Ronghua, et al. Progress on water repellent dressing of wool fibers[J].Leather Science and Engineering, 2009,19(2):51-54.

[11] 孟令川.環(huán)保型無(wú)氟無(wú)硅拒水劑DM-3616在純棉機(jī)織物上的應(yīng)用研究[D].上海：東華大學(xué)，2014:22. MENG Lingchuan. Application reserch on cotton woven fabric with environment friendly non-fluoride and non-silicon water repellent DM-3616[D].Shanghai:Donghua University, 2014:22.

[12] 王科林，牛家?guī)V，陳克寧，等.TiO2/ZnO熱反射涂層織物的研究[J].印染，2008,34(19):1-4. WANG Kelin, NIU Jiarong, CHEN Kening, et al. Thermal reflection coatings with titanium dioxide and zinc oxide[J]. China Dyeing & Finishing, 2008,34(19):1-4.

Fluorine-free water repellent finishing of worsted fabric

WANG Kelin, MENG Xia, LUO Tao, HU Yancong

(ShandongJiningRuyiWoolenTextileCo.,Ltd.,Jining，Shandong272073，China)

10.13475/j.fzxb.20150104305

2015-01-21

2015-12-08

王科林(1984—)，男，工程師，碩士。主要研究方向?yàn)檠蛎椢锏墓δ苄哉砗腿菊录夹g(shù)。E-mail:wangkelin8469@163.com。

TS 195.591.2

A