無(wú)氟防水劑對(duì)織物與粘合襯剝離強(qiáng)度的影響

宋澤華 李翔

北京中紡化工股份有限公司 北京100176

1 引言

隨著歐盟禁令的出臺(tái)，C8防水劑等受到限制并逐步被禁用。C6和C4防水劑在毒性和生物累積性上的危害有所降低，其安全性能仍需驗(yàn)證[1]。作為PFOS和PFOA的代替品，無(wú)氟防水劑的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用已成為防水劑領(lǐng)域最熱門(mén)的方向。

襯布由于其保型、定型和造型的作用，經(jīng)常作為重要的輔助材料用在服裝成型過(guò)程中[2]。粘合襯即涂有熱熔膠的襯里，可使得服裝舒適、挺括、穿著美觀、洗后平整。粘合襯與面料粘合后，將這個(gè)組合體分離所需的力即為剝離強(qiáng)度[3]。剝離強(qiáng)度的大小直接影響紡織品的質(zhì)量和壽命。

近年來(lái)，戶外運(yùn)動(dòng)在國(guó)內(nèi)備受歡迎，消費(fèi)者對(duì)戶外裝備專業(yè)程度的要求也越來(lái)越高[4]。大多數(shù)戶外功能性服裝都需要一定的防水性，因此經(jīng)過(guò)防水處理的面料與粘合襯的剝離強(qiáng)度對(duì)于這類服裝的防塵、防水和防風(fēng)保暖性尤為重要。為探究無(wú)氟防水劑處理對(duì)織物與粘合襯剝離強(qiáng)度的影響，本文選用戶外面料之一的滌綸，并使用軟、薄且彈性良好的復(fù)合聚氨酯（PU）粘合襯與之組合，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并分析。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要原料和設(shè)備

面料：滌綸（50D×50D / 185T，藍(lán)色）

試劑：無(wú)氟防水劑CWR-8X（固含量30.9 %，pH=3.72，北京中紡化工股份有限公司）、無(wú)氟防水劑R3（固含量25.4%，pH=4.00，美國(guó)亨斯邁集團(tuán)）、無(wú)氟防水劑ECO PLUS（固含量19.4 %，pH=3.70，德國(guó)魯?shù)婪蚣瘓F(tuán)）

儀器：快速定型烘干機(jī)R3（廈門(mén)瑞比精密機(jī)械有限公司）、實(shí)驗(yàn)室（臥式）軋車MU504A（北京紡機(jī)所裝備技術(shù)公司）、熱風(fēng)縫口密封機(jī)T-2（江門(mén)市江海區(qū)俊百機(jī)械有限公司）、電子織物強(qiáng)力機(jī)YG026MG-250（溫州方圓儀器有限公司）、OCA25接觸角測(cè)量?jī)x（德國(guó)Dataphysics儀器股份有限公司）、Phenom Pro飛納臺(tái)式掃描電鏡（復(fù)納科學(xué)儀器有限公司）

2.2 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及方法

拒水能力：按照GB/T 4745-1997《紡織織物 表面抗?jié)裥詼y(cè)定 沾水測(cè)試》進(jìn)行測(cè)試；剝離強(qiáng)度：按照FZ/T 8007.1-2006《使用粘合襯服裝剝離強(qiáng)度測(cè)試方法》進(jìn)行測(cè)試。

拒水整理工藝：185T樣布（剝離強(qiáng)度測(cè)試150×300 mm / 普通防水測(cè)試150×150 mm）一浸一壓（軋車轉(zhuǎn)速6 r·min-1，軋車壓力0.3 MPa，工作液體積200 ml）后定型機(jī)烘干（170℃，90 s）。

試樣粘合：將粘合襯和185T樣布平放在熱風(fēng)縫口密封機(jī)（熱風(fēng)溫度330℃，壓力0.4 MPa，車速8m·min-1）上并進(jìn)行壓燙，粘合襯在上層直接被熱風(fēng)加熱。

剝離強(qiáng)度測(cè)試：粘合襯與布料分別用上、下鋁制夾持器固定，電子織物強(qiáng)力機(jī)預(yù)拉長(zhǎng)度5mm，拉伸100mm，上升速度100 mm· min-1；接觸角測(cè)試：4 μL去離子水滴到待測(cè)布表面進(jìn)行測(cè)試；掃描電鏡：樣品液氮冷卻后淬斷，觀察斷裂橫截面。

3 結(jié)果與討論

3.1 無(wú)氟防水劑濃度對(duì)織物與粘合襯剝離強(qiáng)度的影響

將無(wú)氟防水劑CWR-8X配制成200 mL，濃度為10g·L-1～50 g·L-1的工作液，每10 g·L-1為一梯度，對(duì)滌綸185T樣布按照測(cè)試方法中的拒水整理工藝進(jìn)行整理，并以未處理的原布作為對(duì)比樣。將上述樣布與復(fù)合PU襯布通過(guò)熱風(fēng)縫口密封機(jī)粘合成組合體后，在織物強(qiáng)力機(jī)上進(jìn)行剝離強(qiáng)度測(cè)試。

測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1，可以觀察到低用量（10 g·L-1）防水劑處理的樣布與粘合襯形成組合體的剝離強(qiáng)度明顯小于未經(jīng)處理樣布制備的組合體。原因有兩方面，一是拒水處理過(guò)程中，無(wú)氟防水劑中所含的大量丙烯酸酯長(zhǎng)鏈由于其優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)能力而聚集在織物表面，在烘干時(shí)形成的結(jié)晶一定程度阻礙了粘合襯中熱熔膠膠粒與處理后織物的結(jié)合；二是由于無(wú)氟防水劑中大量的甲基屏蔽了表面能高的織物表面，使得組合體更容易被剝開(kāi)。

隨著CWR-8X用量的增加（10g·L-1～ 40g·L-1），織物經(jīng)向上組合體的剝離強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。因?yàn)樵诖诉^(guò)程中，單位面積織物表面上防水劑結(jié)晶的厚度、完整度和甲基的數(shù)量增加，導(dǎo)致熱熔膠與織物結(jié)合位點(diǎn)減少，難度提升。而在高用量下（40 g·L-1～ 50 g·L-1），組合體的剝離強(qiáng)度變化趨于平穩(wěn)，這可能由于防水劑形成的結(jié)晶已在織物表面達(dá)到飽和狀態(tài)，覆蓋住大部分膠粒和面料的結(jié)合部位。經(jīng)向和緯向上，不同濃度的無(wú)氟防水劑對(duì)于處理后面料與粘合襯的剝離強(qiáng)度影響趨勢(shì)相同，而相同濃度下經(jīng)向剝離強(qiáng)度明顯大于緯向剝離強(qiáng)度，推測(cè)是因?yàn)檫@種面料的紡織方式導(dǎo)致經(jīng)向比緯向有更多的膠粒結(jié)合位點(diǎn)。

3.2 無(wú)氟防水劑種類對(duì)織物與粘合襯剝離強(qiáng)度的影響

將無(wú)氟防水劑CWR-8X、R3和ECO PLUS分別配制成200 mL，50 g·L-1的工作液，對(duì)滌綸185T樣布按照測(cè)試方法中的拒水整理工藝進(jìn)行整理，并將上述樣布與復(fù)合PU襯布通過(guò)熱風(fēng)縫口密封機(jī)粘合成組合體后，在織物強(qiáng)力機(jī)上進(jìn)行剝離強(qiáng)度測(cè)試。

測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2。經(jīng)向上，CWR-8X、R3和ECO PLUS的剝離強(qiáng)度分別為1.76 N、1.50 N和1.61 N，緯向上3種無(wú)氟防水劑的剝離強(qiáng)度分別是1.27 N、1.06 N和0.96 N。不同防水劑種類對(duì)織物與粘合襯剝離強(qiáng)度的影響，與防水劑配方中單體種類和比例、固含量、pH值等因素直接相關(guān)。3種無(wú)氟防水劑處理的面料經(jīng)向上剝離強(qiáng)度均大于緯向的剝離強(qiáng)度，符合上述3.1部分中的規(guī)律。

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3.3 經(jīng)過(guò)處理后的防水性能以及與粘合襯組合體的微觀結(jié)構(gòu)

為討論織物防水等級(jí)和剝離強(qiáng)度的關(guān)系，將無(wú)氟防水劑CWR-8X、R3和ECO PLUS分別配制成200 mL，10 g· L-1、20 g· L-1、50 g· L-1和80 g·L-1的工作液，對(duì)185T樣布采取拒水整理。按照GB/T 4745-1997對(duì)低、中用量下防水劑處理的面料進(jìn)行防水等級(jí)評(píng)估，結(jié)果見(jiàn)表1。低、中用量下的防水等級(jí)都 是CWR-8X最 高，R3、ECO PLUS次之。為了進(jìn)一步驗(yàn)證防水性能的強(qiáng)弱，對(duì)3種防水劑處理過(guò)的樣布進(jìn)行接觸角測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖3。當(dāng)CWR-8X用量從50 g· L-1（圖3a）增加到80 g· L-1（圖3b）時(shí)，拒水處理后的185T接觸角從126°增長(zhǎng)到141°。在80 g· L-1下，CWR-8X、R3和ECO PLUS（分別為圖3b、3c、3d）接觸角分別為141°、133°、127°，即高濃度下拒水能力的高低與中低濃度下的排序相同。

為了更直觀地觀察面料與粘合襯結(jié)合的微觀結(jié)構(gòu)，對(duì)原布及防水處理后的面料與粘合襯形成的組合體進(jìn)行掃面電鏡測(cè)試。防水處理所用濃度為50 g·L-1，將準(zhǔn)備好的組合體低溫淬斷，觀察橫截面，見(jiàn)圖4。圖4中可清晰觀察到織物纖維、粘合襯中的熱熔膠以及兩者的結(jié)合部位。原布與粘合襯的組合體即圖4a，織物纖維與熱熔膠緊密貼合，而防水處理過(guò)的面料（圖4b、4c、4d中面料使用的防水劑分別是CWR-8X、R3和ECO PLUS）所組成的組合體中，纖維與熱熔膠的結(jié)合都明顯沒(méi)有原布牢靠，圖4c中甚至可以看到纖維與膠體發(fā)生脫離，但也可能二者是在淬斷處理時(shí)被剝離開(kāi)。微觀所見(jiàn)的纖維與熱熔膠的脫離情況與剝離強(qiáng)度密切相關(guān)，由此推測(cè)環(huán)境和力相同的情況下，微觀測(cè)試可能成為剝離結(jié)果可視化及測(cè)量、比較剝離強(qiáng)度的新方法。

4 結(jié)論

織物在拒水處理時(shí)，所用無(wú)氟防水劑的濃度越高，其與粘合襯形成的組合體的剝離強(qiáng)度越低。主要原因是織物烘干定型過(guò)程中，防水劑在織物表面形成的晶體結(jié)構(gòu)阻礙了粘合襯中熱熔膠與面料表面的結(jié)合。

織物經(jīng)不同種類的無(wú)氟防水劑拒水處理后，其與粘合襯形成的組合體剝離強(qiáng)度的高低，與防水劑配方中單體種類和比例、固含量、pH值等因素有關(guān)。

掃描電鏡可以直接觀察到織物纖維與粘合襯中熱熔膠的結(jié)合和剝離情況，微觀測(cè)試可能成為剝離結(jié)果可視化及測(cè)量、比較剝離強(qiáng)度的新方法。