紗線防水整理及其針織面料性能研究

孫淑娟 張帆 杜平凡

摘要：采用C4氟系整理劑對紗線進(jìn)行防水功能整理，在纖維表面和紗線表面形成防水膜層，提供針織物較好的防水性能。通過單因子實驗，根據(jù)AATCC 22—2014標(biāo)準(zhǔn)對防水整理的腈綸/尼龍混紡紗制成的針織物進(jìn)行噴淋測試與沾水性能評分，研究了防水劑溶液濃度、烘燥溫度、烘燥時間、帶液率對織物防沾水性能及其耐洗度的影響。結(jié)果表明：合理的整理工藝為防水劑溶液質(zhì)量濃度120 g/L，浸漬30 min，烘燥溫度100 ℃ ，烘燥時間25 min，帶液率30%，針織物噴淋測試防沾水性能評分可達(dá)AATCC標(biāo)準(zhǔn)95分，5次水洗后85分。

關(guān)鍵詞：紗線；針織物；防水；功能整理；噴淋測試

中圖分類號：TP277

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1009-265X（2017）06-0076-05

Research on WaterRepellent Finishing of Yarns andPerformance of their Knitted Fabrics

SUN Shujuan1， ZHANG Fan2， DU Pingfan2

（1.Zhejiang Yingshanhong Textile Technology Co.， Ltd.， Jiaxing 314423， China； 2.SilkInstitute， College of Materials and Textiles， Zhejiang SciTech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract：The yarns were finished with C4 fluorine additive for water repellence to form a waterrepellent layer on the surface of fibres and yarns and promot the water resistance of knitted fabrics. Through single factor experiments， the fabrics knitted by mixedyarn of acrylic and nylon were scored for waterrepellence efficacy by spray test in accordance with AATCC 22-2014 standard， and the effects of concentration of waterproof solution， baking temperature， baking time， and liquid pickup rate on the water repellence and wash resistance were studied. The results show that the reasonable finishing technology is as follows： the concentration of waterproof solution 120 g/L， dipping time 30 min， baking temperature 100 ℃ ， baking time 25 min， and liquid pickup rate 30%. The waterrepellent efficacy of knitted fabrics in spray test reaches 95 scores under AATCC standard， and 85 scores after washing for 5 times.

Key words：yarn； knitted fabric； water repellent； functional finishing； spray test

戶外運動愛好者即使在冬季微雨雪天氣也希望能夠外出運動，因而希望保暖用的針織帽類產(chǎn)品具有一定的防水功能，使之不易潤濕。紡織品防水功能通常通過織物的密度增加、表面絨毛處理的仿荷葉效果、整理劑對織物后整理處理、涂層或者層合的防水透汽膜處理獲得[15]，但由于針織物的線圈結(jié)構(gòu)特征，在外力拉伸下線圈形狀和大小改變，具有較大的延伸性，致使通過整理劑對織物后整理處理獲得的防水透汽膜層破裂，導(dǎo)致織物喪失防水功能。筆者提出采用的C4氟系整理劑對紗線進(jìn)行防水功能整理，在纖維表面和紗線表面形成防水膜層，解決針織物在外力作用下防水膜層遭受破壞的問題，并符合禁止使用全氟辛烷磺酸鹽（PFOS）和全氟辛酸銨（PFOA）的環(huán)保要求[67]。

1實驗

1.1實驗材料及設(shè)備

1.1.1實驗材料

所用紗線為36 tex×2 80/20腈綸/尼龍混紡紗；防水劑采用3M公司的ScotchgardTM PM3635 C4防水劑，主要成分是全氟丁磺酸（C4F9SO3H），C4鏈短，具有極低的生物累積性，平均24h內(nèi)就會降解，且產(chǎn)物無毒無害，同時又能提供高性能的防水功能。C4不易裂解，無C6、C8基團(tuán)摻雜其中、無PFOS、PFOA的產(chǎn)生。

1.1.2實驗設(shè)備

Y3小型液流染色機(jī)（無錫楊佳機(jī)械有限公司）、T95158B型脫水機(jī)（深圳先科集團(tuán)）、DHG9140A型烘燥機(jī)（上海齊欣科學(xué)儀器有限公司）、GSJXHF42型手搖橫機(jī)（常熟市國盛針織機(jī)械廠）、Y813型沾水度測試儀（常州市第一紡織設(shè)備有限公司）、HITACHI S4100型場發(fā)射掃描電鏡（日立高新技術(shù)公司）。

1.2腈綸/尼龍混紡紗防水處理

將腈綸/尼龍混紡紗在一定質(zhì)量濃度的防水劑溶液中浸漬一定時間，脫水控制帶液率，并進(jìn)行烘燥。工藝流程如下：色紗成絞→防水劑溶液浸漬→離心式脫水→烘燥。

1.2.1防水劑溶液配置和防水處理

表1試樣編號1-3，防水劑溶液質(zhì)量濃度調(diào)制100、120、140 g/L，浸漬30 min，脫水，帶液率控制在約30%，在100 ℃下烘燥10 min。

1.2.2烘燥溫度

表2試樣編號4-6，防水劑溶液質(zhì)量濃度調(diào)制120 g/L，浸漬30 min，脫水，帶液率控制在約30%，在90、100、110 ℃下烘燥10 min。

1.2.3烘燥時間

表3試樣編號7—10，防水劑溶液質(zhì)量濃度調(diào)制120 g/L，浸漬30 min，脫水，帶液率控制在約30%，100 ℃下烘燥5、10、15、25 min。

1.2.4帶液率控制

表4試樣編號11—13，防水劑溶液質(zhì)量濃度調(diào)制120 g/L，浸漬30 min，脫水，帶液率控制在約30%、45%、60%，100 ℃下烘燥25 min。

將防水處理后的36 tex×2 80/20腈綸/尼龍混紡紗試樣1—13號在12針手搖橫機(jī)上織成平紋針織樣片。

1.3測試與表征方法

a）經(jīng)20 mA，50 s的鍍金后，在場發(fā)射掃描電鏡下觀測纖維表面防水劑沉積形態(tài)。

b）根據(jù)AATCC 22—2014標(biāo)準(zhǔn)[8]對織物進(jìn)行噴淋測試，并進(jìn)行沾水性能評分。

c）對織物進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)家庭洗滌并攤平晾干[9]，分別在1次、3次、5次完整洗滌程序后，對織物進(jìn)行噴淋測試，并進(jìn)行沾水性能評分。

噴淋測試方法[5]：截取180.0 mm×180.0 mm的試樣，在溫度（21±1）℃、相對濕度（65±2）%的條件下調(diào)溫調(diào)濕4h后，緊繃于試樣夾持器上，并以45°放置，使織物的縱向順著水流下的方向，將250 mL蒸餾水迅速傾入玻璃漏斗中，淋灑完畢，取起夾持器，使織物正面向下成水平，然后對著一硬物輕敲一下，再翻轉(zhuǎn)180°，再次敲擊原握持處，立即將試樣與標(biāo)準(zhǔn)圖片對照，評定防潑水級別，評定過程如圖1。

織物經(jīng)洗滌后，如果沉積在織物表面的防水劑脫落，將導(dǎo)致織物表面能增大，漸漸喪失防水性能，因此耐水洗也是防水織物的重要性能。本實驗在對試樣進(jìn)行初始測試的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了1次、3次、5次標(biāo)準(zhǔn)家庭水洗和干燥程序，并分別對其再次進(jìn)行噴淋測試評分。

2結(jié)果與分析

2.1防水處理對纖維形貌與織物性能的影響

圖2為場發(fā)射掃描電子顯微鏡下，整理前后的腈綸/尼龍混紡紗在放大5 000倍后的纖維表面形貌圖。從微觀上看，圖2（a）所示的未經(jīng)整理的纖維表面較為光潔，無顆粒附著，而圖2（b）所示經(jīng)防水處理后的纖維表面有0.1～0.5 μm的顆粒沉積，說明實驗所用的防水劑附著在纖維表面，通過降低纖維的表面能，從而達(dá)到纖維防水的目的。

圖3所示，腈綸/尼龍混紡紗經(jīng)防水處理后，織物的防沾水性能顯著提高，噴淋測試后，織物表面無潤濕，僅有少量水滴附著，評分可達(dá)AATCC 95分（ISO 4級）。

2.2防水劑溶液質(zhì)量濃度對織物防水性能的影響

圖4為防水劑溶液質(zhì)量濃度對織物防水性能影響的實驗結(jié)果，由圖4可知，隨防水劑溶液質(zhì)量濃度的提高，織物防沾水性能提高。

防水劑溶液質(zhì)量濃度為100 g/L時，初次噴淋測試評分為90分（ISO 4），3次標(biāo)準(zhǔn)家庭洗滌與干燥后降為80分（ISO 3），5次洗滌后進(jìn)一步降為75分（ISO 2）；防水劑溶液質(zhì)量濃度自120 g/L起，織物的初始防沾水性能可達(dá)AATCC標(biāo)準(zhǔn)95分（ISO 4）；5次標(biāo)準(zhǔn)家庭洗滌與干燥后，防潑水性評分降為達(dá)到80分（ISO 3）。進(jìn)一步提高防水劑溶質(zhì)量液濃度至140 g/L后，防沾水性能及其耐洗度并未顯著提升。

結(jié)合生產(chǎn)成本，防水劑溶液質(zhì)量濃度為120 g/L時，織物的獲得較好的防沾水性能。

2.3烘燥溫度對織物防水性能的影響

丙烯腈均聚物只有側(cè)向有序區(qū)，而沒有明顯的結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)，低序區(qū)的玻璃化溫度Tg1為80～100 ℃，高序區(qū)玻璃化溫度Tg2為140～150 ℃，而在引入第二、三單體后，Tg為75～100 ℃，水分較多時Tg還會下降到75～80 ℃。而且尼龍在高溫條件下也會發(fā)生各種氧化、裂解反應(yīng)。在實際生產(chǎn)中，烘燥溫度超過110 ℃時，腈綸/尼龍混紡紗線會失去織造強(qiáng)力，出現(xiàn)頻繁斷紗的現(xiàn)象，故實驗選擇了90～110 ℃進(jìn)行試驗。

由圖5可知，在防水劑溶液質(zhì)量濃度120 g/L，烘燥時間10 min，帶液率30%的整理工藝下，在實驗控制的烘燥溫度范圍內(nèi)，烘燥溫度的提高對織物防沾水性能的提高并未有顯著影響，但對其耐洗度的提高有一定作用。

烘燥溫度為90 ℃時，織物防沾水性評分達(dá)AATCC 95分，但5次洗滌后降至70分（ISO 2）；100 ℃織物防沾水性達(dá)AATCC 95分（ISO 4）水平，5次洗滌后，降為80分（ISO 3）。烘燥溫度提高至110 ℃時，防沾水性及其耐洗度未見進(jìn)一步提高。因此，建議100 ℃為最佳烘燥溫度。

2.4烘燥時間對織物防水性能的影響

圖6顯示了烘燥時間對織物防水性能的影響。由圖6可知，烘燥時間對織物防水性能有一定影響，且這種影響隨著洗滌次數(shù)的增加愈發(fā)明顯。

烘燥溫度為5 min時，織物防沾水評分達(dá)AATCC標(biāo)準(zhǔn)90分（ISO 4級），經(jīng)3次標(biāo)準(zhǔn)家庭洗滌后，防沾水性能降低至70分（ISO 2），5次洗滌后仍為70分；當(dāng)烘燥時間延長至10 min時，織物防沾水性評分達(dá)到AATCC標(biāo)準(zhǔn)95分（ISO 4級），經(jīng)3次標(biāo)準(zhǔn)家庭洗滌后，防沾水性能降低至80分（ISO 3），5次洗滌后仍為80分；而將烘燥時間進(jìn)一步延長至25 min時，防沾水性能趨向穩(wěn)定，達(dá)95分（ISO 4），3次洗滌后仍可達(dá)90分（ISO 4），5次洗滌后仍達(dá)85分（ISO 3）。因此，建議25 min為最佳烘燥時間。

2.5帶液率對織物防水性能的影響

圖7為帶液率對織物防水性能的影響。由實驗數(shù)據(jù)可知，在防水劑溶液質(zhì)量濃度120 g/L，烘燥溫度100 ℃，烘燥時間25 min的工藝條件下，帶液率對織物防沾水性能并沒有明顯影響，但隨著水洗次數(shù)的增多，帶液率對防沾水性能耐洗度的影響開始顯現(xiàn)。

帶液率在30%、45%時，帶液率的提高并未進(jìn)一步提高防沾水性能，防沾水性及其耐洗度均較好，防沾水性評分可達(dá)95分，經(jīng)5次水洗后防沾水性評分為85分（ISO 3）；而帶液率達(dá)到60%時，防沾水性耐洗度進(jìn)一步提高，經(jīng)3次洗滌后防沾水評分仍維持在95分（ISO 4），5次水洗后降至90分（ISO 4）?？紤]帶液率增加將提高能耗和成本，建議使用30%。

3結(jié)語

本文采用C4氟系整理劑對36 tex×2 80/20腈綸/尼龍混紡紗線進(jìn)行防水功能整理，探討了工作液質(zhì)量濃度、烘燥溫度、烘燥時間、帶液率等參數(shù)對織物防水性能及其耐洗度的影響。研究表明，合理的整理工藝為防水劑溶液質(zhì)量濃度120 g/L，烘燥溫度100 ℃，烘燥時間25 min，帶液率30%。此工藝條件下處理的針織物噴淋測試評分可達(dá)AATCC標(biāo)準(zhǔn)95分，5次水洗后85分。經(jīng)防水整理后，在纖維和紗線表面形成防水膜層，賦予針織物較好的防水功能，開發(fā)帽類產(chǎn)品可滿足冬季微雨雪天氣外出運動時的保暖防水要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 莊華煒，陳穎.拒水整理新進(jìn)展[J].印染，2015（24）：51-52.

[2] 于磊，蔡東照，黃機(jī)質(zhì).基于孔徑分布圖的高密織物防水透濕性能[J].紡織學(xué)報，2014，35（12）：69-72.

[3] 趙磊.防水透濕織物的發(fā)展及其開發(fā)[J].上海毛麻科技，2013（1）：41-44.

[4] 楊棟樑.紡織品疏水化技術(shù)的進(jìn)展（二）[J].印染，2012，38（1）：47-50.

[5] 劉靜，齊魯.拒水、導(dǎo)濕纖維材料的研究進(jìn)展[J].合成纖維，2010，39（7）：14-17.

[6] SABINEA K. C8氟系防污整理劑大限將至[J].紡織導(dǎo)報，2012（4）：42-43.

[7] 趙虎.Sol-Gel法制備硅溶膠及對粘膠纖維的改性研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2015.

[8] American Association of Textile Chemists and Colorists. AATCC 22—2014 Water repellency： Spray test [S]. North Carolina， USA： American Association of Textile Chemists and Colorists， 2014.

[9] International Organization for Standardization. ISO 63302012 TextilesDomestic washing and drying procedures for textile testing [S]. Geneva， Switzerland： International Organization for Standardization， 2012.

（責(zé)任編輯：陳和榜）