吸濕涼爽功能性紡織品的研究與開發(fā)

東華大學(xué)化學(xué)化工與生物工程學(xué)院，上海 201620

隨著生活水平的提高，人們對(duì)運(yùn)動(dòng)、健身的熱情不斷增長(zhǎng)，使得眾多運(yùn)動(dòng)面料研發(fā)企業(yè)和服裝生產(chǎn)企業(yè)看到了運(yùn)動(dòng)服飾制造領(lǐng)域巨大的發(fā)展空間。

吸濕涼爽包括三個(gè)方面：“吸濕”就是纖維從氣態(tài)環(huán)境中吸收水分；“涼”就是降溫涼快；“爽”就是干爽、快速排汗。由于汗液干燥需要?dú)饣療幔@就抑制了體溫的上升。也就是說，當(dāng)人體所產(chǎn)生的汗液能很快地發(fā)散、氣化，與皮膚相接觸的布料部分是干爽的，穿著者就有涼爽的感覺[1]。然而，目前針對(duì)吸濕排汗、涼爽類綜合功能性紡織品的研究還不夠深入，尚存在各種問題急需解決，例如耐久性不佳，成本較高，對(duì)設(shè)備、工藝條件、生產(chǎn)環(huán)境要求較高等，這些問題制約了功能性紡織品的發(fā)展。本文研發(fā)了一種兼具吸濕排汗以及涼爽的功能性紡織品，它具有良好的吸濕排汗以及隔熱涼爽性能。從纖維原料、織物結(jié)構(gòu)以及后整理三方面進(jìn)行研究，討論其對(duì)紡織品功能性的影響，在纖維原料的選取、織物特殊結(jié)構(gòu)的編織以及簡(jiǎn)便的后整理等工序方面進(jìn)行改造、創(chuàng)新，大大提升了服裝服飾成品的耐久性以及服用性能，成本也較為低廉，對(duì)于功能性紡織品的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)具有一定的參考價(jià)值。

目前已有人對(duì)面料以及纖維的涼爽化改性進(jìn)行了研究，例如Sophista纖維[2]以及涼爽錦綸纖維[3-5]等，但研究成果還比較少，整理劑方面的研究更少，因此在吸濕涼爽功能性紡織品方面還有許多需要探索的領(lǐng)域。本文主要探討聚酯、聚醚類親水整理劑的整理效果。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料及儀器設(shè)備

纖維原料：甲殼素纖維，細(xì)旦滌綸，超細(xì)滌綸，滌綸變形絲。

試劑：去離子水，十二烷基硫酸鈉(SDS)，F(xiàn)S親水整理劑，鈦酸酯偶聯(lián)劑。

試驗(yàn)儀器及設(shè)備：雙面針織大圓機(jī)，紗線捻度儀，恒溫磁力攪拌器，超聲波振蕩器，高溫高壓染色機(jī)。

1.2 試驗(yàn)原理

1.2.1 纖維原料及編織結(jié)構(gòu)

本文制備的復(fù)合功能性多層面料由天然纖維以及疏水性異形截面纖維編織而成。內(nèi)層甲殼素纖維本身具有綠色環(huán)保、抗菌除臭的特點(diǎn)，并具有一定的親水性，能彌補(bǔ)疏水性纖維接觸皮膚產(chǎn)生靜電的缺陷，還具有良好的吸濕導(dǎo)濕性能。采用抽針的方法使織物內(nèi)層的結(jié)構(gòu)形成一個(gè)個(gè)的“溝道”，從而在織物表面形成一條條細(xì)微的導(dǎo)濕排汗通道，有利于皮表汗液因毛細(xì)芯吸效應(yīng)迅速導(dǎo)出。中層細(xì)旦滌綸或超細(xì)滌綸是疏水性纖維，其具有四管道異形截面結(jié)構(gòu)，表面也存在較多的毛細(xì)管，纖維間可以產(chǎn)生毛細(xì)效應(yīng)。通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以高密度點(diǎn)網(wǎng)狀的方式連接面料的內(nèi)層和外層，為汗水的傳輸提供通道，從而賦予織物優(yōu)異的導(dǎo)濕性能。外層滌綸變形絲由于其本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而具有優(yōu)異的散濕性能，能夠?qū)?nèi)層和中間層纖維中的水分吸收并散發(fā)至周圍環(huán)境中，使得衣物和人體之間保持干爽狀態(tài)。另外，織物的內(nèi)、中、外三層各有其特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，由于針織物的集圈結(jié)構(gòu)，可以使織物表面與人體皮膚呈點(diǎn)、線式接觸，能為紡織面料的吸濕排汗提供較好的傳輸通道，加速汗液蒸發(fā)，吸濕速干，使得人與衣物之間的微氣候環(huán)境處于健康舒適狀態(tài)[6]。

1.2.2 后整理

選取ZnO納米分散液對(duì)織物進(jìn)行處理，同時(shí)加入一定的分散劑、親水劑等助劑，使得ZnO納米粉體能夠較好地吸附于織物表面。ZnO納米粉體可使織物具有一定的抗紫外、遠(yuǎn)紅外光反射、吸濕等性能，對(duì)光線有一定的屏蔽作用，具有一定的隔熱涼爽效果[7-10]。分散劑SDS能使納米ZnO的表面張力大大降低，有效地減弱ZnO納米粉體的聚集，提升了納米粉體在溶液中的分散穩(wěn)定性[11-13]。非離子型親水整理劑FS與陰離子型分散劑SDS的混合整理有較好的復(fù)配效果，可提高納米織物的功能耐久性[14-15]。超聲分散通過大幅弱化納米粒子間的納米作用能，有效地防止粒子團(tuán)聚而使其充分分散。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 織物編織

選用甲殼素纖維、細(xì)旦滌綸、超細(xì)滌綸、滌綸變形絲等纖維原料，采用編織機(jī)進(jìn)行編織，織成三層結(jié)構(gòu)織物。內(nèi)層為網(wǎng)眼組織結(jié)構(gòu)，并采用抽針的方法使織物內(nèi)層的結(jié)構(gòu)形成一個(gè)個(gè)的“溝道”，從而形成密集的微細(xì)排汗管道；中層以高密度點(diǎn)網(wǎng)狀的方式連接面料的內(nèi)層和外層，為汗水的傳輸提供通道；外層則編織成密集型的平針組織結(jié)構(gòu)。

1.3.2 后整理

(1) 復(fù)配整理劑的制備。首先配制不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的ZnO分散液。取一定量的去離子水，稱取適量ZnO納米粉體，加入去離子水，同時(shí)加入0.8% 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的SDS分散劑，采用磁力攪拌器攪拌0.5 h，超聲處理1.0 h。然后按照n(SDS)∶n(FS)=1∶1，往分散液中緩緩加入親水整理劑FS，調(diào)節(jié)分散液的pH值為9～11，再對(duì)分散液體系進(jìn)行磁力攪拌0.5 h，室溫超聲處理1.0 h，即得最終整理劑。

(2) 整理工藝。將配制好的ZnO納米分散液置于高溫高壓染色機(jī)的反應(yīng)釜中，然后放入所編織的織物，再加入適量的偶聯(lián)劑。開啟高溫高壓染色機(jī)，先以2.2 ℃/min的升溫速率升到80 ℃，在此溫度條件下保溫處理15 min，再以2.2 ℃/min的升溫速率升到100 ℃，在此溫度條件下再次恒溫處理15 min。處理完畢后，用去離子水將面料沖洗3次，最后在105 ℃的烘箱中烘干，即得最終樣品。

1.4 織物性能測(cè)試

1.4.1 吸濕性

織物毛細(xì)效應(yīng)按照FZ/T 01071—1999《紡織品毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法》測(cè)試，毛細(xì)效應(yīng)越大表示織物的親水性越好。

1.4.2 快干性

織物快干性按照GB/T 21655.1—2008《紡織品 吸濕速干性的評(píng)定 第1部分：?jiǎn)雾?xiàng)組合試驗(yàn)法》測(cè)試，蒸發(fā)速率越快表示織物的快干性越好。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸濕性

織物的吸濕性測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 織物吸濕性測(cè)試數(shù)據(jù)

由表1可知：隨著織物中親水整理劑FS的增加，織物的毛細(xì)效應(yīng)逐漸增加，即織物具有較好的親水性能；當(dāng)n(SDS)∶n(FS)=1∶1時(shí)，織物的吸濕性能提升較大，原因是親水整理劑FS為非離子型表面活性劑，與陰離子型分散劑SDS混合使用時(shí)能提高織物的整理效果。

2.2 快干性

織物的快干性測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 織物快干性測(cè)試數(shù)據(jù)

由表2可知，隨著親水整理劑FS的增加，織物的快干性有所提升，一方面是因?yàn)殡S著FS的增加，織物的吸濕性能有所提高；另一方面是由于所編織織物結(jié)構(gòu)的特殊性，使得織物具有較好的排汗、導(dǎo)濕性能，故織物的快干性能有所提升。當(dāng)n(SDS)∶n(FS)=1∶1時(shí)，織物的快干性能有所提升。

2.3 織物內(nèi)外表面溫差

織物的內(nèi)外表面溫度測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 織物內(nèi)外表面溫度測(cè)試數(shù)據(jù)

由表3可知：隨著分散液中ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，織物內(nèi)外表面的溫差增大，說明其具有一定的隔熱效果，這是因?yàn)閆nO納米粉體具有一定的抗紫外、遠(yuǎn)紅外光反射等功能，其可對(duì)織物進(jìn)行“涼爽化”整理[16]；隨著SDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，織物隔熱效果提高，這是因?yàn)镾DS能提高ZnO納米粉體的分散穩(wěn)定性，從而提高織物的整理效果。

3 結(jié)論

(1) 隨著親水整理劑FS質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，毛細(xì)效應(yīng)增大，織物的吸濕性有所提升。

(2) 隨著ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，織物的內(nèi)外表面溫差增大，織物的“涼爽化”效果有所提升。

(3) 當(dāng)n(SDS)∶n(FS)=1∶1時(shí)，織物的綜合整理效果顯著提高，服用性能較佳。