織物防水噴霧防水防油性能的研究

雷 敏 聶姍姍 于 文

（西安開米股份有限公司，陜西 西安， 710075）

隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，越來越多的功能性織物應(yīng)運而生，其中防水織物占據(jù)重要地位，主要應(yīng)用于沖鋒衣褲、戶外服裝、餐桌布、布藝沙發(fā)以及地毯[1]等。但該類織物在實際使用和洗滌過程中，由于外界作用力的影響，織物表層的防水拒油的效果會慢慢地減弱甚至消失[2]，此時需要使用防水劑對其進行修復(fù)整理，恢復(fù)防水效果。

使用防水劑可以在織物纖維表面形成一層保護膜，讓水、油等液體在織物表面形成圓球，無法滲透入纖維[3]，減少不易水洗的衣物被污染的機會，減少干洗次數(shù)，延長衣物使用壽命。目前，常用的防水整理劑主要分為氟碳類有機聚合物和有機無氟類聚合物[4]。盡管氟碳類防水劑具有優(yōu)秀的拒水防油效果，但含有PFOS、PFOA或其衍生物，對人體健康存在潛在危害，生物降解性差，環(huán)保安全性差，加之其對織物手感也有影響[5,6]。相比之下，對人體和環(huán)境安全的無氟類防水劑則是新的研究熱點，更易被消費者接受。

1 試驗部分

1.1 主要試劑與儀器

F-522（工業(yè)級，東莞市科峰紡織助劑實業(yè)公司），PHOBOL?RSH（工業(yè)級，希勛（上海）紡織品科技有限公司），Texnology?FCB046、Texnology?638、Texnology?336（均為工業(yè)級，廣州聯(lián)莊科技有限公司），ANFONE?RH-4009、ANFONE?RH-2977（均為工業(yè)級，盈豐達紡織助劑實業(yè)有限公司），乙醇、乙二醇、1,2-丙二醇（均為工業(yè)級，天津中和盛泰化工有限公司），二丙二醇丁醚（工業(yè)級，陶氏公司），冰乙酸（分析純，重慶北碚精細化工廠），去離子水（自制），自來水，食用辣椒油，可樂，橙汁，紅茶，紅酒。

織物沾水度測定儀（Y（B）813型，溫州市大榮紡織儀器有限公司），塑料噴霧瓶（50mL），塑料滴管（5mL），吹風機（FH6232，飛科），烘箱（101C-1型，北京科偉永鑫實驗儀器設(shè)備廠），白色餐用紙巾（清風，188mm×152mm），白色純棉布片（普通，15cm×7cm），白色聚酯布片（普通，15cm×7cm）。

1.2 防潑水噴霧配制

用冰乙酸配制pH值5.0～6.0的水溶液，加入醇溶劑（乙醇、乙二醇、1,2-丙二醇、二丙二醇丁醚），攪勻后，加入防潑水組分（F-522、PHOBOL?RSH、Texnology?FCB046、Texnology?638、ANFONE?RH-4009、ANFONE?RH-2977），緩慢攪勻，再滴加交聯(lián)劑（Texnology?336），緩慢攪勻即可。

1.3 性能表征

1.3.1 防水性能

模擬法：選取大小材質(zhì)相同的白色餐用棉紙巾，一分為二，備用（一半滴水，另一半滴油）。需要空白對照。水中加入水溶性明蘭色素，增強可觀察性。待測試樣裝入50mL塑料噴霧瓶內(nèi)，備用。

紙巾（或布片）平鋪在實驗臺上并做好標記；用待測試樣距離紙巾（或布片）10～15cm進行均勻噴涂（須提前在水槽中按壓噴頭，待噴霧均勻后再使用），待紙巾（或布片）浸濕，靜置約10min；后用吹風機熱風檔吹干紙巾（或布片），晾置約1h。用滴管距離紙巾（或布片）10cm處滴水，觀察并記錄紙巾（或布片）表面上水的狀態(tài)并拍照。

標準法：平鋪布片，做好標記，進行人工噴霧，均勻浸濕后，靜置約10min后進行高溫（110～130℃）烘干，后在室溫下老化約2h。參照AATCC 22-2005《紡織品拒水性測試：噴淋法》中步驟進行，對照評級。

1.3.2 防油性能

模擬法：試驗過程同（1）中所示。采用辣椒油，顏色為鮮明的橙紅色，有利于觀察對比。

標準法：布片處理工藝同（1）中所示。參照AATCC 118中步驟進行，對照評級。

1.3.3 對實際污漬的防拒性能

白色餐用紙巾一分為四，考察它對橙汁、可樂、紅茶、紅酒的防拒性。

布片分別采用了常見的純棉布和聚酯布，劃分為5cm*7cm，考察其對水、油、酒的防拒性。

2 結(jié)果與討論

根據(jù)1.2中所述方法，配制了一系列防潑水噴霧，具體組成如表1示。

表1 不同配方的防潑水噴霧

2.1 醇溶劑對防水防油性的影響

選用a、b、c、d四組試樣處理棉紙巾，熱風吹干后，分區(qū)域滴加水、油，具體結(jié)果示于圖1。

觀察表1中a、b、c、d四組配方，都是采用無氟防水組分和醇溶劑復(fù)配而成，但是醇溶劑的種類不同。結(jié)合圖1可以看到：四組配方不具備防油性。另外，觀察a、b、c、d處理過的紙巾表面的水滴狀態(tài)，a的防水性最好，b的防水性最差。因此，選擇配方a為基準配方，進行后續(xù)樣品的配制。

圖1 試樣a、b、c、d及空白處理過的棉紙巾上的水滴、油滴狀態(tài)

2.2 無氟配方的防水防油性能考察

選擇三種無氟配方a、e、f，分別處理棉紙巾，熱風吹干后，分區(qū)域滴加水、油，具體測試結(jié)果見圖2、圖3。其中，o為單純棉紙巾，未經(jīng)任何處理。

圖2 試樣a、e、f處理過的棉紙巾上的水滴狀態(tài)，o為空白

圖3 試樣a、e、f處理過的棉紙巾上的油滴狀態(tài)，o為空白

觀察表1中a、e、f三組配方，采用了種類不同的無氟防水組分和相同的醇溶劑復(fù)配而成。由圖2可明顯觀察到：與未經(jīng)處理紙巾比較，經(jīng)過處理的紙巾表面具有一定的防潑水性，其中a的防水性能最佳，f次之，e的防水性能最差。由圖3可以看到：三組無氟配方的防油性能都不好，其中f處理后的紙巾上的油滴狀態(tài)好于a和e。所以，選擇試樣a和f作為對比進行后續(xù)的實驗。

2.3 含氟配方的防水防油性能考察

選取了三組氟碳防水劑配方g、k、m，分別處理棉紙巾，熱風吹干后，分區(qū)域滴加水、油，具體測試結(jié)果如圖4、圖5所示。其中，o為單一棉紙巾，未經(jīng)任何處理。

圖4 試樣g、k、m處理過的棉紙巾上的水滴狀態(tài)，o為空白

觀察表1中g(shù)、k、m三組配方，采用了種類不同的氟碳防水組分和相同的醇溶劑復(fù)配而成。從圖4、圖5中可以看到：相比未處理的紙巾，經(jīng)過g、k、m處理的紙巾具有明顯的防水防油效果，其中g(shù)的防水防油性能最優(yōu)，k的較佳，m的最差。因此，選擇試樣g和k進行后續(xù)的對比試驗。另外，通過對比可以發(fā)現(xiàn)采用氟碳防水組分配方的拒水防油性能明顯優(yōu)于無氟配方的。

2.4 市售品的防水防油性能考察

通過對國內(nèi)外市售品的查找，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)該類產(chǎn)品基本屬于氣溶膠噴霧型，采用金屬罐裝瓶，填充易燃易爆的拋射劑，含有揮發(fā)性有機溶劑，產(chǎn)品環(huán)保性以及安全性不高，不宜于攜帶和存儲，因此，篩選了三個知名的國外品牌進行。這三種國外市售品均采用泵頭式水基噴霧，宣稱原料環(huán)保性高，無揮發(fā)性有機溶劑，使用安全方便。

采用市售品p、q、t分別處理棉紙巾，熱風吹干后，分區(qū)域滴加水、油，具體測試結(jié)果見圖6、圖7示。其中，o為單一棉紙巾，未經(jīng)任何處理。

通過表1中的說明可知，市售品p中含有氟碳防水組分，市售品q和t采用無氟防水劑配制。對圖6、7進行觀察，可以看出：市售品p具有防水防油性，且明顯優(yōu)于q和t，市售品t僅具有防水性，市售品q無防水防油性。因此，選擇含氟市售品p和無氟市售品t進行后續(xù)考察試驗。

圖5 試樣g、k、m處理過的棉紙巾上的油滴狀態(tài)，o為空白

圖6 市售品p、q、t處理的棉紙巾上的水滴狀態(tài)，o為空白

圖7 市售品p、q、t處理的棉紙巾上的油滴狀態(tài)，o為空白

2.5 無氟及含氟配方拒水性污漬的考察

依照之前試驗結(jié)果，選用無氟試樣a、f、t和含氟試樣g、k、p分別處理棉紙巾，熱風吹干后，將圖8中水性污漬按照序號一一對應(yīng)滴加到紙巾相應(yīng)的區(qū)域，具體測試結(jié)果如圖9、圖10所示。其中，o為單一棉紙巾，未經(jīng)任何處理。

圖8 四種水性污漬：1-橙汁、2-可樂、3-茶水、4-紅酒

圖9 試樣a、f與市售品t處理的棉紙巾上的水性污漬狀態(tài)，o為空白

圖10 試樣g、k與市售品p處理的棉紙巾上的水性污漬狀態(tài)，o為空白

觀察圖9、10能看到：與未處理紙巾相比，經(jīng)過處理的紙巾對實際水性污漬具有抵御性。從圖9中可以觀察到：試樣a和t抵御四種水性污漬的能力優(yōu)于f，特別是對茶水和紅酒的防拒能力表現(xiàn)得更優(yōu)越；自制配方a和市售品t對四種水性污漬的抵御能力相差不大，具體而言，對橙汁、可樂、茶水的防拒性能均優(yōu)于對紅酒的。觀察圖10可以發(fā)現(xiàn)：試樣g和p對四種水性污漬的防拒能力明顯優(yōu)于k；自制配方g和市售品p對四種水性污漬的抵御能力相近。另外，含氟試樣g和p對紅酒的抵御性比無氟試樣a和t的強，對其他三種水性污漬的防拒能力未表現(xiàn)出可視化的差異。

2.6 無氟配方在布料上防污性能的考察

將無氟試樣a、f、t應(yīng)用在實際的純棉布和聚酯布上，熱風吹干后，從上至下依次分區(qū)域滴加水、辣椒油、紅酒，探究布料表面抵御污漬的效果。結(jié)果如圖11、圖12所示。

由圖11、圖12中可以看出：三組無氟試樣處理的棉布、聚酯布對辣椒油均沒有防拒性。試樣f處理的棉布有防水性和較弱的防紅酒性，聚酯布上則沒有任何防御性表現(xiàn)。試樣a和t處理的棉布、聚酯布上均表現(xiàn)出良好的防水、防紅酒性，而且在聚酯布上效果更好。所以使用自制的無氟配方a處理布片，能賦予布料表面良好的防水性能，與國外市售品t的效果相當。

圖11 試樣a、f與市售品t處理的棉布上的污漬狀態(tài)

圖12 試樣a、f與市售品t處理的聚酯布上的污漬狀態(tài)

2.7 含氟配方在布料上防污性能的考察

用試樣g、k、p噴霧處理純棉布和聚酯布，熱風吹干后，從上至下依次分區(qū)域滴加水、辣椒油、紅酒，探究布料表面抵御污漬的效果，見圖13、圖14示。

觀察圖13、圖14可以發(fā)現(xiàn)：三種含氟試樣處理的棉布、聚酯布均表現(xiàn)了拒油防紅酒性能。試樣k處理的棉布上的防水性弱，聚酯布上不能防水，拒油性弱于其他兩組試樣，防紅酒性相差不大。試樣g和p處理過的棉布、聚酯布上有良好的防水、拒油、防紅酒性能，二者效果相當。因此，使用自制的含氟配方g處理布片，可以使布料表面具有良好的防水拒油功效。

2.8 優(yōu)選試樣的防水防油測試結(jié)果

參照之前的模擬對比試驗結(jié)果，優(yōu)選配方為無氟的試樣a和含氟的試樣g。再結(jié)合1.3中敘述的標準測試方法，與國外市售品進行測試比較，詳細結(jié)果列于表2中。

圖13 試樣g、k與市售品p處理的棉布上的污漬狀態(tài)

圖14 試樣g、k與市售品p處理的聚酯布上的污漬狀態(tài)

表2 自制試樣與市售品的拒水防油測試結(jié)果

由表2中可以發(fā)現(xiàn)：含氟試樣的防水拒油性能良好，g在棉布上的防水性優(yōu)于p，拒油性相同；前者在聚酯布上的拒油性稍優(yōu)，防水性一樣。另外，國外市售品p的噴霧刺鼻，布料吹干后仍有明顯異味，相比而言，自制試樣g的氣味不大，不會造成不適感。無氟試樣僅有拒水性，無防油效果；a在棉布和聚酯布上的防水效果與t相當，明顯優(yōu)于q；自制試樣a的氣味比國外市售品t的緩和，使用舒適度更好。

3 結(jié)論

（1）本研究報道的無氟防水劑整理織物后，可賦予棉和滌綸織物良好的防水性能。與市售的無氟產(chǎn)品相比，氣味更緩和，使用時舒適度更好。

（2）本研究優(yōu)化的含氟防水劑，對棉和滌綸織物整理后可實現(xiàn)其良好的拒水防油性能。與市售的水基型含氟產(chǎn)品相比，不含有害揮發(fā)性有機化合物（VOCs），無刺激性氣味，不對使用者造成不適感。

（3）盡管目前無氟防水劑的拒水防油功效還不能與氟碳類拒水防油產(chǎn)品相提并論，但是相比于氟系防水劑，無氟防水劑不含氟利昂，不含生物降解性差的全氟辛酸銨、全氟辛烷磺?；衔?，不易在生物體內(nèi)沉積，在環(huán)保方面更具優(yōu)勢，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。