疏水圖形及面積對棉織物吸濕快干性能的影響

張璐璐， 丁 放， 胡雪燕， 王鴻博， 杜金梅

(1. 生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122； 2. 江蘇省功能紡織品工程技術(shù)研究中心， 江蘇 無錫 214122)

疏水圖形及面積對棉織物吸濕快干性能的影響

張璐璐1，2， 丁 放1，2， 胡雪燕1，2， 王鴻博1，2， 杜金梅1，2

(1. 生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122； 2. 江蘇省功能紡織品工程技術(shù)研究中心， 江蘇 無錫 214122)

為改變織物表面親疏水性能，達到吸濕快干效果，采用印花方式對棉織物進行單面局部疏水整理。通過測試整理后織物吸濕、放濕、透濕、潤濕、耐洗等性能，研究了疏水整理圖形形狀(正方形、圓形、十字形、三角形、五角星形)、疏水整理圖形所占面積比例(20%、40%、50%、60%、80%、100%)及疏水整理圖形大小對整理后棉織物吸濕快干性能的影響。結(jié)果表明，采用正方形圖案，疏水面積占總面積比例為50%，疏水整理圖形以小尺寸為宜時，整理對棉織物原有吸濕性影響較小，同時能提高棉織物的放濕速率，棉織物具有了優(yōu)異的吸濕快干性能，且耐水洗牢度較高。

棉織物； 吸濕快干； 放濕性； 透濕性； 疏水整理; 疏水圖形

純棉織物透氣性好，對皮膚刺激小，在一般狀態(tài)下，可滿足消費者對熱濕舒適性的要求；但在高溫高濕環(huán)境或者運動后，棉纖維會吸附大量的水分，且散濕較慢，人體產(chǎn)生悶熱的感覺[1]。這是由于棉纖維吸濕后會膨脹，織物間孔道變小，皮膚和服裝間的微氣候以及外界環(huán)境之間的熱交換和濕交換受到了阻礙；同時，水分的緩慢蒸發(fā)會讓人們產(chǎn)生陰冷感[2-4]。國外的Rearick、WiLLiam A等一直致力于纖維素纖維的吸濕排汗整理領(lǐng)域的研究，他們研究出了一種芯吸能力較好，吸濕能力較差的新穎的纖維素纖維材料，同時對如何利用這種材料開發(fā)吸濕快干類產(chǎn)品做了進一步深入。國內(nèi)主要是利用吸濕性不同的紗線，通過斜紋組織織造成內(nèi)外層不同親疏水性的雙側(cè)結(jié)構(gòu)單向?qū)窨椢颷5]?？傮w來說，國內(nèi)外對吸濕快干織物的研究并不多。提高棉織物的吸濕快干性能，可有效提高其服用舒適性，更加滿足人們的實際需求，是市場趨勢所在，因此，該功能紡織材料具有重要的研究與生產(chǎn)意義[6]。

本文研究基于吸濕排汗快干棉織物的研究現(xiàn)狀，通過平網(wǎng)印制的方法在織物上進行單面疏水整理，使疏水劑以一定的圖形分布在織物的一側(cè)，同時控制滲透深度，使織物的一側(cè)為親水性，一側(cè)為部分疏水，構(gòu)成親疏水雙側(cè)結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化印制圖形及面積來控制整理程度，以達到理想的導濕快干效果。

1 實驗部分

1.1實驗材料

棉織物，經(jīng)緯紗線密度為14.58 tex，經(jīng)緯密分別為524、283根/10 cm，華紡股份有限公司。

疏水劑BAYGARD-40178(拓納化學)，增稠劑DM-5263、黏合劑DM-5128(廣東德美精細化工股份有限公司)，涂料大紅L-36(無錫星光化工有限公司)，無水氯化鈣(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)，LHS-150HC-Ⅱ恒溫恒濕箱(上海一恒科技有限公司)，DUG-9053A電熱鼓風干燥機(上海精宏實驗設(shè)備有限公司)，R-3定型烘焙機(瑞比染色試機有限公司)，SW-12A型耐洗色牢度試驗機(無錫紡織儀器廠)。

1.2實驗方法

1.2.1圖案印制

印花色漿組成為：疏水劑(質(zhì)量分數(shù)為15%)，增稠劑(質(zhì)量分數(shù)為3%)，黏合劑(質(zhì)量分數(shù)為2%)。為方便觀察改性后的織物，色漿中添加微量涂料大紅L-36。調(diào)配好后，將棉織物置于絲網(wǎng)下方對齊，刮印，將印好烷烴類整理劑的織物在80 ℃下預烘2 min，在焙烘機中150 ℃焙烘5 min，室溫水洗，然后于105 ℃烘干2 min。

1.2.2疏水面積的影響

疏水圖案為正方形，改變疏水部分的面積(20%、40%、50%、60%、80%)。

1.2.3疏水圖形的影響

疏水面積為50%，疏水圖案選擇正方形、圓形、十字形、三角形、五角星形。

1.3織物性能測試及表征

1.3.1織物吸濕性能測試

將織物于105 ℃中烘干，得到絕干質(zhì)量M0；然后將織物放入恒溫恒濕箱(溫度為20 ℃，相對濕度為65%)中吸濕，直至平衡，稱得質(zhì)量為M1[6]。按下式計算回潮率，以回潮率W表示織物吸濕性能。

W=M1-M0/M0×100%

1.3.2織物透濕性能測試

根據(jù)GB/T 12704.1—2009《織物透濕量測定》，測量織物透濕量WVT(蒸發(fā)法)，得到單位水蒸氣壓差下，規(guī)定時間內(nèi)垂直通過單位面積試樣的水蒸氣質(zhì)量[7-8]。

1.3.3織物放濕性能測試

織物吸水飽和后，二浸二軋，軋液率為100%?？椢锓胖迷诤銣睾銤?溫度為20 ℃，相對濕度為65%)環(huán)境中放濕，定時稱量織物質(zhì)量，直至質(zhì)量恒定，針對其絕干質(zhì)量，計算出各個時刻的相對含水率。

M=△M0/△M×100%

式中：△M為軋壓之后織物的質(zhì)量與絕干質(zhì)量之差；△M0為放濕某個時刻織物質(zhì)量與絕干質(zhì)量之差。

1.3.4織物潤濕性能測試

將100 μL水在距織物1 cm處正上方滴于織物親水部分正中心，5 min后分別測量織物在經(jīng)向和緯向上潤濕長度。每個布樣在不同位置滴加5次求取平均值。記錄每滴水滴滲入織物時間，將平均值作為該布樣的水滴滲透時間。

1.3.5織物耐洗性能測試

參照AATCC-61—2010《耐水洗色牢度》，對織物耐洗性能進行測試。設(shè)定溫度為49 ℃，每45 min為1個水洗程序，它相當于5次普通家庭洗滌。分別對織物進行1個和5個程序的水洗，測量洗滌前后織物水接觸角，比較織物不同部位親疏水性能的變化。

圖1 采用不同疏水面積比例整理后的棉織物照片F(xiàn)ig.1 Images of treated cotton fabric with different proportions of hydrophobic area

圖2 采用不同疏水圖形整理后的棉織物照片F(xiàn)ig.2 Images of treated cotton fabric with different hydrophobic patterns. (a) Square; (b) Circle; (c) Triangle; (d) Pentagram; (e) Criss-cross

2 結(jié)果與討論

采用印花工藝制備的棉織物具有雙側(cè)不對稱親疏結(jié)構(gòu)，通過改變整理側(cè)織物的疏水部分所占總面積的比例(圖1)和疏水圖形(圖2)來研究這2個因素對織物吸濕快干的影響。

2.1疏水整理面積比例的影響

采用印花工藝將整理劑施加到棉織物后，織物整理側(cè)與非整理側(cè)由于親疏性不同形成濕潤性梯度，水分自發(fā)從疏水性區(qū)域向親水區(qū)域傳遞，使得織物單向?qū)竦男Ч兒肹9]，可提高織物的吸濕快干性能。固定其他實驗參數(shù)，研究疏水面積所占總織物面積的比例對改性后棉織物放濕性能及其他性能的影響，結(jié)果如圖3和表1所示。

由圖3可看出，不同比例疏水面積整理的棉織物，織物在前40 min之內(nèi)放濕速率(單位時間內(nèi)織物相對含水率改變)較快，之后則趨于穩(wěn)定。在放濕的前40 min里，當疏水整理面積為50%左右時，織物放濕速率最快；當疏水整理面積為20%和40%時，由于織物疏水區(qū)域較小而親水區(qū)域較大，疏水作用不明顯，織物整理側(cè)與非整理側(cè)形成的濕潤性梯度不明顯，水分與織物接觸時多集中在親水區(qū)域，不利于水分的擴散和傳導，故整理對織物的導濕效果影響不大。疏水面積比例為60%和80%時，放濕速率明顯低于疏水面積比例為50%的織物。這是因為當疏水面積過高時，整理側(cè)織物的表面由低表面能物質(zhì)覆蓋總面積較大，導致水分滲透速率下降，影響織物的放濕效果?？椢镎韨?cè)的疏水面積比例應控制在40%～50%。這是因為在該比例范圍內(nèi)，整理圖形內(nèi)整理劑與纖維發(fā)生交聯(lián)作用對纖維有一定的規(guī)整包覆作用，使織物孔隙更加通暢；未整理區(qū)域面積適中不會阻礙水分的擴散和滲透，產(chǎn)生有效的芯吸導濕作用。

圖3 不同整理面積對棉織物放濕性能的影響Fig.3 Influence of different finishing areas on moisture desorption of cotton

疏水整理面積比例/%透濕量/(g·(m2·h)-1)回潮率/%滲透距離/cm經(jīng)向緯向水滴滲透時間/s076.486.574.914.20<0.52064.726.465.144.631.014062.786.215.064.462.555064.026.205.554.322.586065.966.146.085.052.608063.316.036.486.534.0510062.255.687.086.96>3000

由表1可看出，經(jīng)印花方式整理織物的透濕量下降均比較明顯。不同疏水整理面積比例對織物透濕性能的影響結(jié)果顯示，隨著整理面積的增大，織物的透濕量稍有變化，但變化范圍不大。由此可見，采用印花方式對織物表面進行局部疏水整理對織物的透濕性能有較大影響，但具體的疏水面積比例之間沒有較大差異。由于纖維素分子上具有大量的羥基，未經(jīng)整理的棉織物回潮率較高，具有良好的吸濕性能。經(jīng)過疏水劑整理后，封閉了纖維素分子上的部分羥基，導致回潮率下降。隨著疏水面積比例的增大，織物回潮率(吸濕性)逐漸降低。水滴在織物經(jīng)緯向上的滲透距離顯示了水分在織物不同方向上的擴散能力。當有水接觸到印花面的不含整理劑的親水部位時，水會沿著該部位纖維發(fā)生織物表面經(jīng)緯向上(橫向)以及印花面到非印花面由里到外(縱向)的滲透。由表1中的織物經(jīng)緯向滲透距離和水滴滲透時間可知，相同體積的水滴在織物表面(橫向)和織物由里到外(縱向)的滲透時間隨著疏水面積的增大而不斷延長。這是因為疏水區(qū)域會阻礙水滴在織物各個方向上的擴散，水滴只能沿著印花面未施加疏水整理織物的經(jīng)緯向上滲透，到達疏水區(qū)域邊界時，擴散和滲透受阻。未經(jīng)整理的織物，水滴會在織物表面形成近圓形的潤濕，而整理后水滴只能在未施加整理劑的區(qū)域擴散，形成非圓形潤濕，會導致水分的擴散面積增大，有利于水分的傳導，提高其散濕能力。由于水分只能沿非印花部分擴散而不能成圓形向織物各個方向滲透，所以相同體積水滴的滲透時間延長，意味著水分也就不能較快完成縱向擴散，到達接觸外界空氣的外層。在服用過程中，水分會長時間接觸人的皮膚，影響織物的放濕性能。綜合整理前后織物放濕、透濕、吸濕及散濕性能，疏水面積所占總織物面積為50%左右時，棉織物的吸濕快干性能較優(yōu)異。

2.2疏水整理圖形的影響

改變織物上的疏水圖形，即改變水分接觸織物時的滲透方向和距離，會影響織物的放濕性能。不同整理圖形對棉織物放濕性能的影響如圖4所示，處于疏水整理與未整理邊界上的纖維因具有不同的親疏水性能而具有不同的毛細管效應，疏水纖維間形成的附加壓力大于未整理區(qū)域纖維毛細管形成的附加壓力，從而在整理面到織物另一面、同一印花平面上整理圖形到空白處形成附加壓力差，加快織物的導濕效果。當圖形為正方形時，在織物整理側(cè)構(gòu)成的非連續(xù)性疏水結(jié)構(gòu)中親水部分與疏水部分達到最佳接觸形態(tài)，疏水部分與親水部分形成的壓力差促使織物的導濕效果加強，從而加快放濕速率。而十字形和五角星形與其相比，可能是因為親水部分與疏水部分的交界線走向?qū)椢镏兴值霓D(zhuǎn)移產(chǎn)生影響，從而影響了水在織物上的滲透速率，使得放濕速率明顯降低。

圖4 不同整理圖形對棉織物放濕性能的影響Fig.4 Influence of different finishing patterns on moisture desorption of cotton

表2示出疏水整理圖形對織物吸濕快干性能的影響。由表可知，控制疏水面積比例為50%，改變疏水圖形，織物的透濕量也會發(fā)生變化，疏水圖形為正方形時透濕性能較好。這是因為在正方形整理條件下，織物中的纖維可形成明顯的毛細差動效應，水分自發(fā)從接觸皮膚面吸到接觸外界空氣面，加快了水分的傳遞。水滴在織物經(jīng)緯向上的滲透距離顯示，采用正方形圖案整理的棉織物其散濕能力較好。綜合不同整理圖案下織物放濕、透濕、吸濕及散濕性能，采用正方形疏水圖形整理棉織物的吸濕快干性能較優(yōu)異。

表2 疏水整理圖形對織物吸濕快干性能的影響Tab.2 Influence of hydrophobic finishing patterns on moisture management properties of fabric

2.3疏水整理圖形大小的影響

圖5示出整理圖案為正方形、疏水部分占總面積比例為50%時織物放濕性能與整理循環(huán)圖案大小的關(guān)系。圖中整理圖案所采用的正方形邊長分別為0.12、0.24、0.36、0.48、0.60 cm。

圖5 整理圖形尺寸對棉織物放濕性能的影響Fig.5 Influence of square size on moisture desorption of cotton

由圖5中前40 min放濕數(shù)據(jù)可知，整理圖形的尺寸不宜過大。由于疏水面積占總面積比例一定，當單個圖形尺寸較大時，單位面積內(nèi)織物上親疏水部分接觸總長度減少，親疏水部分形成的濕度梯度差減小，不利于水分的揮發(fā)。同時，單個疏水圖案尺寸過大，織物的疏水部分以大面積的塊狀接觸人的皮膚，則皮膚舒適感差；而圖案尺寸越小，織物的疏水部分趨向于點狀接觸皮膚，皮膚主要接觸連續(xù)的親水部分，人體舒適感增強。綜上，如果疏水部分占總面積比例一定時，疏水整理循環(huán)圖形以小尺寸為宜，但要注意過小尺寸容易造成印花堵網(wǎng)問題。

2.4整理后織物的親疏水性能

采用印花工藝在織物的一側(cè)形成非連續(xù)的疏水圖案后所構(gòu)成親疏水雙側(cè)結(jié)構(gòu)，有利于在保持棉織物吸濕性能的基礎(chǔ)上賦予其導濕快干效果。表3示出采用本文方法整理及水洗測試后織物疏水部分及親水部分的水接觸角。由表可知，疏水整理(圖案)部分具有很好的疏水性能，且能經(jīng)受25次家庭水洗，耐水洗牢度好。非疏水整理(非圖案)部分能夠直接吸收施加的水滴，表明其具有非常好的親水性。經(jīng)過多次水洗后，親水部分仍保持很好的親水性，沒有發(fā)生疏水整理劑污染親水區(qū)域的現(xiàn)象。

表3 水洗前后整理織物的接觸角Tab.3 Contact angles of treated fabric before and after washing

3 結(jié) 論

1)采用印花工藝將疏水劑按照一定圖形及面積單面整理到棉織物上后，整理面與未整理面出現(xiàn)濕度差時，整理面吸收的水分會自發(fā)向親水區(qū)域移動?？梢姴捎糜』üに噷γ蘅椢镞M行局部疏水整理能夠改善棉織物吸濕快干性能。

2)通過研究整理前后織物放濕、透濕、吸濕、散濕性能發(fā)現(xiàn)，當疏水面積占棉織物總面積的50%，采用正方形圖案可有效提高棉織物的導濕快干性能。

3)整理后織物具有較好的耐水洗牢度，且整理劑不會產(chǎn)生滲透阻礙作用。

FZXB

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Influenceofpatternandratioofhydrophobicareaonmoisturemanagementpropertyofcottonfabric

ZHANG Lulu1，2, DING Fang1，2, HU Xueyan1，2, WANG Hongbo1，2, DU Jinmei1，2

(1.KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEucation,Wuxi，Jiangsu214122，China; 2.JiangsuEngineeringTechnologyResearchCenterforFunctionalTextiles，Wuxi，Jiangsu214122，China)

In order to improve moisture management property of cotton fabrics, local hydrophobic finishing by printing to change the hydrophobic properties of the fabric surface was carried out.The influence of pattern (square, circle, cruciform, triangle and pentagram), ratio of hydrophobic area(20%、40%、50%、60%、80%、100%) and size of hydrophobic pattern on moisture absorption, desorption, water vapor permeability，wetting and washing resistance of cotton fabric were studied. It is found that when a square pattern is adopted and the ratio of hydrophobic area to the total area of cotton fabric is 50% with a appropriate size of hydrophobic pattern, with little influence on moisture absorption of cotton fabrics. The finished cotton fabric has good quick-drying property, and at same time it keeps good moisture management property and has a good washing durability.

cotton fabric; moisture management; moisture desorption; water vapor permeability; hydrophobic finishing; hydrophobic pattern

TS 190.8

：A

2016-04-22

：2017-06-03

江南大學自主科研計劃重點項目(JUSRP51622A)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金資助項目(蘇政辦發(fā)2011-137號)

張璐璐(1992—)，女，碩士生。主要研究方向為功能紡織品。杜金梅，通信作者, E-mail: jinmei_du@jiangnan.edu.cn。

10.13475/j.fzxb.20160406706