無氟拒水整理洗后晾干拒水效果研究

北京中紡化工股份有限公司 北京 100176

1 引言

近年來，登山、滑雪、野外垂釣、野外攝影等戶外運(yùn)動(dòng)在國內(nèi)越來越受到歡迎，人們對(duì)專業(yè)戶外設(shè)備的需求也越來越高，因此，服裝品牌商也推出了相應(yīng)的專業(yè)功能服，這些戶外裝備讓我們?cè)谙硎苓\(yùn)動(dòng)樂趣與自然之美的同時(shí)給予消費(fèi)者更佳的舒適體驗(yàn)。著名運(yùn)動(dòng)品牌商耐克早在上世紀(jì)90年代就推出了第一款全天候裝備（All Conditions Gear），主要功能包括耐磨、輕量化、防風(fēng)、保暖、拒水。隨著戶外裝備的持續(xù)火熱，耐克于2014年年末在ACG系列中添加了更多的時(shí)尚元素，而The North Face、Patagonia等專業(yè)戶外品牌也不斷推陳出新。

在戶外裝備的多種功能中，拒水性能是一種可視化效果較好、容易測(cè)試的特殊功能，常常作為賣家的宣傳點(diǎn)。與戶外裝備市場(chǎng)的持續(xù)火熱不同，紡織品助劑商自2005年以來面臨的挑戰(zhàn)更加嚴(yán)峻，隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)和環(huán)保組織的壓力，含有全氟辛基類的有機(jī)氟防水劑（C8防水劑）與全氟己基類的有機(jī)氟防水劑（C6防水劑）正在區(qū)域性的逐步限制和禁用。自2010年以來完全不含有機(jī)氟的無氟防水劑成為助劑商重點(diǎn)研發(fā)的產(chǎn)品[1-2]。

戶外面料多以滌綸、尼龍等化纖面料為主，為應(yīng)對(duì)戶外復(fù)雜環(huán)境，對(duì)衣物耐洗滌性能和洗后干燥方式提出了更高的要求，即洗后晾干（Laundry-Air-Dry）拒水性能。洗后晾干又可以細(xì)分為室內(nèi)晾干（Line dry in shade）和室外曬干（Line dry in the sun）。本實(shí)驗(yàn)使用北京中紡化工股份有限公司研制的有機(jī)-無機(jī)納米無氟防水整理劑CWR-8GX對(duì)滌綸、尼龍面料進(jìn)行整理，考察洗后室內(nèi)晾干（25℃）、40℃低溫烘干、60℃滾筒烘干對(duì)CWR-8GX在滌綸、尼龍面料上拒水效果的影響，進(jìn)而研究洗后室內(nèi)晾干拒水的最佳工藝條件。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要原料和設(shè)備

面料：尼龍（70D×160D/225T，紅色）、滌綸（50D×50D/300T，橘色）

試劑：無氟防水劑CWR-8GX（北京中紡化工股份有限公司）

儀器：實(shí)驗(yàn)室（臥式）軋車MU504A(北京紡機(jī)所裝備技術(shù)公司)、快速定型烘干機(jī)R3(廈門瑞比精密機(jī)械有限公司)、101型鼓風(fēng)干燥烘箱（北京永光明公司）、Y(B)089E型全自動(dòng)縮水率試驗(yàn)機(jī) (溫州大榮紡織儀器有限公司)、XQG80家用洗烘一體滾筒洗衣機(jī)(德國西門子公司)、SL200B 接觸角儀（深圳瓦力儀器設(shè)備有限公司）、TM3030 臺(tái)式掃描電鏡（日本日立公司）

2.2 拒水整理應(yīng)用工藝與性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

工作液配方/( g·L-1)：無氟防水劑 CWR-8GX/20～100；

工藝流程：一浸一軋（軋液率50%～70%，軋車壓力0.3 MPa，軋車轉(zhuǎn)速6r/min，整理液體積200mL）→烘干（100℃～110℃，2min）→焙烘（130℃～180℃，1min）→回潮待測(cè)。

2.3 性能測(cè)試

（1）拒水性能：按照GB/T 4745-1997 《紡織織物 表面抗?jié)裥詼y(cè)定 沾水試驗(yàn)》進(jìn)行測(cè)試。

（2）耐水洗：按照GB/T 8629-2017 《紡織品 試驗(yàn)用家庭洗滌和干燥程序》進(jìn)行測(cè)試。

（3）接觸角：采用SL200B 接觸角儀測(cè)定，測(cè)試樣品5處接觸角，取平均值。

（4）掃描電鏡測(cè)試：采用TM3030型掃描電鏡進(jìn)行觀測(cè)。

圖1 防水劑質(zhì)量濃度對(duì)拒水等級(jí)的影響

圖2 加工焙烘溫度對(duì)拒水等級(jí)的影響

圖3 防水劑質(zhì)量濃度對(duì)洗后室內(nèi)晾干拒水等級(jí)的影響

表1 不同洗滌次數(shù)、烘干方式對(duì)拒水性能的影響

3 結(jié)果與討論

3.1 拒水整理工藝優(yōu)化

按2.2的工藝，調(diào)節(jié)無氟防水劑CWR-8GX質(zhì)量濃度在 20g /L～100 g /L，分別對(duì)紅色尼龍和橘色滌綸進(jìn)行整理，110 ℃預(yù)烘 1 min，150 ℃焙烘 1 min。整理織物的初始拒水效果見圖1。

從圖1可以看出，隨著無氟防水劑CWR-8GX質(zhì)量濃度的提升，在低用量下拒水等級(jí)明顯提升，高于60g/L時(shí)在實(shí)驗(yàn)用尼龍、滌綸面料上已經(jīng)達(dá)到了拒水最高等級(jí)5級(jí)，因此我們選定工藝用量為60g/L，研究焙烘溫度對(duì)拒水效果的影響。

按2.2的工藝，固定無氟防水劑CWR-8GX質(zhì)量濃度在60 g /L，分別在110 ℃預(yù)烘 1 min，130℃ ～180℃焙烘1min對(duì)紅色尼龍和橘色滌綸進(jìn)行整理。整理織物的初始拒水效果見圖2。

從圖2可以看出，隨著加工溫度的提升，在60g/L用量下拒水等級(jí)有提升，在130℃～140℃焙烘1min拒水效果較差可能是因?yàn)榉浪畡┎荒芎芎玫脑诳椢锉砻娉赡?，?dāng)溫度高于160℃時(shí)在實(shí)驗(yàn)用尼龍、滌綸面料上已經(jīng)達(dá)到了拒水最高等級(jí)5級(jí)，但加工溫度過高可能引起織物黃變同時(shí)也浪費(fèi)能源，因此我們選定160℃為最佳焙烘溫度，研究織物的耐洗滌性能。

3.2 洗后晾干拒水性能研究

按3.1的最佳工藝條件，無氟防水劑CWR-8GX質(zhì)量濃度60g/L，在110 ℃預(yù)烘1 min，160℃焙烘1 min，對(duì)實(shí)驗(yàn)用尼龍、滌綸面料采用GB/T 8629-2017中的4N程序洗滌進(jìn)行拒水性能研究，分別考察洗滌5次、10次、20次、30次、40次的室內(nèi)晾干（25℃×24h）、40℃低溫烘干（6h）、60℃滾筒烘干（30min）拒水性能。（見表1）

從表1的測(cè)試結(jié)果可以看出，干燥方式的不同對(duì)洗后拒水性能影響很大，其中40℃低溫烘干在鼓風(fēng)烘箱中進(jìn)行，模擬的是戶外曬干[3]。60℃烘干使用家用滾筒烘洗衣機(jī)進(jìn)行，模擬家庭日常烘干。隨著烘干溫度的升高，洗后拒水性能都有所提升，但通過40次4N程序洗滌后室內(nèi)晾干的測(cè)試面料均只能達(dá)到拒水2級(jí)，因此我們通過提高防水劑用量研究洗后性能。

按3.1的最佳工藝條件，無氟防水劑CWR-8GX質(zhì)量濃度分別為60g/L、70g/L、80g/L、90g/L、100g/L進(jìn)行40次4N程序洗滌后室內(nèi)晾干的測(cè)試面料拒水等級(jí)見圖3。

圖4 80g/L無氟防水劑CWR-8GX整理后的尼龍、滌綸洗前和洗后對(duì)比

圖5 不同烘干溫度的接觸角測(cè)試

從圖3可以看出，當(dāng)防水劑用量從60g/L提高到80g/L后經(jīng)過40次4N程序洗滌后，室內(nèi)晾干拒水有提升，但用量高于80g/L以后均保持在3級(jí)不變。在40次4N程序洗后室內(nèi)晾干的洗滌干燥條件下，無氟防水劑CWR-8GX的最佳用量為80g/L。

3.3 織物纖維表面微觀結(jié)構(gòu)

使用掃描電鏡、接觸角測(cè)試儀對(duì)80g/L無氟防水劑CWR-8GX整理后的尼龍和滌綸，以及經(jīng)過40次4N程序洗后室內(nèi)晾干的尼龍和滌綸進(jìn)行表征，測(cè)試結(jié)果見圖4。

從圖4中可以看出，洗前織物纖維表面有明顯的顆粒附著物，這是無氟防水劑CWR-8GX通過整理定型后在織物表面成膜形成的。洗后依然能明顯的觀察到附著在纖維表面的顆粒附著物，表明通過40次4N程序洗滌后無氟防水劑在纖維表面附著的膜依然存在，無氟防水劑CWR-8GX與尼龍、滌綸纖維之間有較好的附著力。通過接觸角測(cè)試可以看出，洗后室內(nèi)晾干的面料與水的接觸角明顯下降，這主要是受到表面自由能的影響，在洗滌過程中面料纖維與水接觸，使得介于纖維與水之間的無氟防水劑聚合物疏水鏈段有向油性纖維方向遷移的傾向，形成疏水鏈段包埋現(xiàn)象[4]。

對(duì)上述40次4N程序洗后室內(nèi)晾干的尼龍面料，進(jìn)行梯度溫度烘干后測(cè)試接觸角。具體操作為：在面料表面標(biāo)記5個(gè)測(cè)試范圍，測(cè)試完室內(nèi)晾干接觸角后放入30℃烘箱1小時(shí)后取出冷卻至室溫后在標(biāo)記范圍內(nèi)測(cè)試接觸角，將測(cè)完的面料放入40℃烘箱1小時(shí)后取出冷卻至室溫后再測(cè)試，之后烘干溫度每次升高10℃，直至70℃為止。結(jié)果見圖5。

由圖5可知，隨著烘干溫度的提升，面料與水的平均接觸角也有所提升，這是由于在表面自由能的作用下，極性較高的疏水鏈段開始從包埋狀態(tài)向空氣界面遷移，這一遷移受到環(huán)境溫度影響，溫度越高遷移速率越快，在60℃烘干后平均接觸角達(dá)到140°，但隨著溫度再增加接觸角變化不再明顯，已經(jīng)達(dá)到了疏水鏈段遷移極限，增加溫度或烘干時(shí)間不能提高平均接觸角度數(shù)，無發(fā)達(dá)到洗前148°的主要原因是洗滌過程中附著在纖維表面的疏水層在長(zhǎng)時(shí)間機(jī)械作用力下會(huì)有部分脫落，破壞了疏水層的完整性。

4 結(jié)論

（1）無氟防水劑CWR-8GX在尼龍、滌綸面料上的洗后室內(nèi)晾干的最佳工藝條件為：80g/L用量，在110 ℃預(yù)烘 1 min，160℃焙烘 1 min?？梢赃_(dá)到初始拒水5級(jí)，40次4N洗后室內(nèi)晾干（25℃×24h）拒水3級(jí)。

（2）無氟防水劑CWR-8GX是一種耐洗型防水劑，經(jīng)過整理后能在尼龍、滌綸纖維表面成膜，并有較好的附著力。洗后干燥條件對(duì)拒水性能影響很大，隨著干燥溫度的提高洗后拒水效果越好，使用家用洗烘一體機(jī)60℃烘干面料可以達(dá)到最優(yōu)的洗后拒水效果。

（3）影響洗后拒水效果的主要原因有：疏水層與纖維表面的附著力強(qiáng)弱以及干燥方式的不同，其中干燥方式主要受到干燥溫度影響，溫度越高在洗滌時(shí)被包埋的疏水鏈段越容易遷移到空氣界面中，從而達(dá)到更好的拒水性能。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]馬曉華.綠色和平呼吁時(shí)尚品牌“去毒”[J].西部皮革,2015,(8):48-48.

[3]桂榮娜,易兵,嚴(yán)涌等.干燥方式對(duì)滌綸防水防油耐久性的影響[J].印染,2015,(20):37-39.

[4]耿耀宗,曹同玉.合成聚合物乳液制造與應(yīng)用技術(shù)[M].北京：輕工業(yè)出版社,1999.