拒水整理對棉織物洗滌效果的影響研究

唐慧文 何美林 吳金丹 葛華云 王際平

摘 要：為研究拒水整理對棉織物洗滌效果的影響，以不同結(jié)構(gòu)的氟碳拒水拒油整理劑和碳?xì)漕惥芩韯檠芯繉ο?，考察了織物表面能、織物表面Zeta電位、織物的沾污性能等因素對洗滌效果的影響。結(jié)果表明，拒水整理后織物表面能的變化與污漬的洗凈力大小相關(guān)，水溶性污漬的洗凈力隨著織物表面能的降低而提高;油溶性污漬在未整理的純棉織物上洗凈力最高，而在較低表面能的拒水整理織物上的洗凈力最低;隨著拒水整理后織物與污漬Zeta電位和絕對值的減小，油溶性污漬的洗凈力也有降低的趨勢;拒水整理后織物沾污性能的變化也會影響織物的洗滌效果。

關(guān)鍵詞：拒水整理;洗凈力;表面能;表面Zeta電位;沾污性能

中圖分類號：TS973.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X（2020）02-0058-07

Abstract：The effect of water-repellent finishing on the washing result of cotton fabric was studied with different structures of fluorocarbon water-and-oil-repellent finished cotton fabrics and hydrocarbon water-repellent finished cotton fabrics.The influences of surface energy， surface Zeta potential and contamination characteristics of fabric on washing result were studied.Results show that the detergency of stains is relevant to the surface energy of fabric， and the detergency of water-soluble stains increases with the decrease of the surface energy of fabric.The detergency of oil-soluble stains reaches the highest level on unfinished pure cotton fabric， and the lowest level on water-repellent finished fabric with low surface energy.With the decrease of Zeta potential and absolute value of water-repellent finished fabric and stains， the detergency of oil-soluble stains takes on a decreasing trend.The change of the contamination performance of water-repellent finished fabric also will affect the washing result of fabric.

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和物質(zhì)生活水平的不斷提高，功能性紡織品呈現(xiàn)出廣闊的發(fā)展空間，拒水整理的織物是其中較為常見的一類。拒水整理是指采用浸軋的方式在織物表面引入低表面能物質(zhì)，并以物理、化學(xué)或物理化學(xué)的方式與纖維結(jié)合，改變纖維表面層的組成，使織物的臨界表面張力降低至不能被液態(tài)水潤濕，同時不改變織物的透氣性。拒水拒油整理是指整理后織物的臨界表面張力降低至其既不能被水潤濕也不能被油污潤濕[1]。目前，關(guān)于新型拒水整理劑的研發(fā)、整理工藝條件的優(yōu)化以及整理后織物拒水拒油性、耐水洗性和穩(wěn)定性的研究比較多，而對后整理織物在家庭洗滌過程中去污效果的研究較少。Calvimontes等[2]對純滌針織雙面布進(jìn)行易去污（SRP）整理后，其織物親水性變好，對油污的洗凈力比未整理的純滌織物的洗凈力高，表明聚酯纖維織物的表面特性和形態(tài)結(jié)構(gòu)等因素會影響織物的洗滌效果。裴劉軍等[3]對純棉針織雙面布進(jìn)行氨基改性有機硅柔軟整理后，其織物疏水性增強，表面能降低，去污指數(shù)有所下降。對拒水整理織物洗滌效果的研究有利于指導(dǎo)既具有良好拒水整理效果又不影響織物去污性能的新型整理劑的開發(fā)，同時為工業(yè)化生產(chǎn)中的拒水整理提供理論指導(dǎo)。

拒水整理劑按化學(xué)結(jié)構(gòu)主要分為氟碳拒水拒油整理劑、碳?xì)浠衔镱惥芩韯┮约坝袡C硅拒水整理劑三類。由于有機硅拒水整理劑會增加織物表面的起球和脫縫性，且用量過多會在極性表面形成雙層有機硅樹脂膜，降低織物的拒水性[4]，因此市場上有機硅拒水整理劑用得不多。本研究選取2種不同氟碳鏈長的拒水拒油整理劑和2種不同碳?xì)滏滈L的拒水整理劑對純棉機織斜紋布進(jìn)行整理，并選用6種具有代表性的污漬進(jìn)行洗滌實驗，比較不同污漬在不同種類的拒水整理織物上的去污效果，同時從整理前后織物的表面能和表面Zeta電位變化以及洗滌浴中污漬的沾污情況等方面來研究拒水整理對織物洗滌效果的影響。

1 實 驗

1.1 實驗材料與儀器

實驗材料：兩種氟碳拒水拒油整理劑（含氟A和含氟B）和兩種碳?xì)浠衔锞芩韯o氟C和無氟D），均由浙江傳化股份有限公司提供，主要成分的結(jié)構(gòu)式如圖1所示;29 tex（20S）純棉機織斜紋布;雕牌洗衣液（不含熒光增白劑，納愛斯集團有限公司）;無水氯化鈣、氯化鎂和次氯酸鈉（分析純，杭州高晶精細(xì)化工有限公司）。

實驗儀器：M-6型連續(xù)式定形烘干機（杭州三棉科技有限公司）;MS80-BYD1528U1型波輪洗衣機（青島海爾洗衣機有限公司）;Datacolor600型測色配色儀（美國Datacolor公司）;DSA-20型接觸角測量儀（德國Krüss公司）;SurPASS型固體表面Zeta電位測試儀（奧地利安東帕有限公司）;Brookhaven PLAS型液體Zeta電位儀（美國布魯克海文儀器公司）;HB12P型水洗色牢度儀（臺灣新瑞開發(fā)科技有限公司）。

1.2 拒水整理工藝

實驗中使用的拒水整理劑質(zhì)量濃度均為42 g/L，即向105 g整理劑中加入2.5 L去離子水配制成42 g/L的拒水整理液。再將純棉機織斜紋布放入上述拒水整理液中浸泡1 min，取出進(jìn)行浸軋?zhí)幚恚ǘ垼?，軋車壓力?.1 MPa，軋液率為100%，接著在連續(xù)式定形烘干機上102 ℃下預(yù)烘210 s，最后在160 ℃下焙烘240 s，織物烘干完成后放置室溫備用。

1.3 污漬與污布的制作

1.3.1 污漬的制作

巧克力：取塊狀巧克力加水加熱溶解后，加入適量乳化劑乳化成糊。奶茶：將奶茶粉末用水溶解，加入適量乳化劑乳化成糊?？Х扰Ｄ蹋喝赋泊计?00%純咖啡和雀巢高鈣營養(yǎng)奶粉以4∶1的質(zhì)量比混合，加水溶解，加入適量乳化劑乳化成糊。皮脂：按照GB/T 13174—2008《衣料用洗滌劑去污力及循環(huán)洗滌性能的測定》附錄中JB-03（皮脂污布）進(jìn)行制備。老干媽：取上層辣椒油，加入適量乳化劑乳化成糊。黃泥漬：將黃泥用高速研磨機（600 r/min）濕態(tài)研磨90 min，干燥后取4 g黃泥，21 g清水及適量乳化劑，乳化成100 g乳化糊，用前攪勻。

其中，乳化成漿的過程是將污漬液與有機油相按照1∶4的體積比進(jìn)行混合，再進(jìn)行乳化，有機油相選用有機硅溶劑D5（十甲基環(huán)五硅氧烷），乳化劑為非離子型表面活性劑平平加O，質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%。

1.3.2 污布的制作

將制好的6種污漬漿分別倒在印花篩網(wǎng)上，印制圖案為均勻分布的6個直徑為20 mm的圓網(wǎng)孔，印制圖案以外的網(wǎng)孔被封閉。實驗采用多色印花機在30 cm×30 cm的純棉方塊白布上同時印制6種污漬，每種污布印制相同的6塊，每塊污布印制后，將其置于80 ℃的烘箱中烘干20 min，待一批次污布全部印制、烘干完成后，將所制同批污布一起置于100 ℃的烘箱中烘干2 h。污布制作完成后密封保存，并置于冰箱中低溫冷藏備用。

1.4 洗滌條件

取同一種污布5塊，總布重約100 g，再取700 g滌棉針織雙面布和300 g純棉機織斜紋布作為填充布，一起放入波輪洗衣機中，洗衣機實際水位為22 L，洗滌實驗用水硬度為250 mg/L（Ca2+與Mg2+摩爾比為6∶4），含氯為1 mg/L。然后向洗衣機中加入20 g雕牌洗衣液，30 ℃水溫下洗滌20 min，洗后用去離子水漂洗2次，脫水后烘干。每種污布均按照上述步驟洗滌。

1.5 洗滌效果的評價

洗滌就是通過物理和化學(xué)的方法將污漬從織物上盡可能的洗脫并穩(wěn)定在水中，達(dá)到清潔的目的。因為選取的污漬都是有顏色的，洗滌前后織物上污漬的顏色及含量均會有變化，所以本實驗選取污漬處L*、a*、b*值的變化來計算相應(yīng)污漬的洗凈力，進(jìn)而來分析拒水整理對織物洗滌效果的影響。洗凈力（Detergency）計算如式（1）：

式中：L*值為亮度，取值范圍為0～100;a*、b*值為色坐標(biāo)值，a*值為紅綠方向的顏色分量，b*值為黃藍(lán)方向的顏色分量;下標(biāo)W為污漬處洗后;S為污漬處洗前;B代表織物空白處洗前。

1.6 測 試

1.6.1 表面能測試

表面能是表征織物拒水拒油性能的重要指標(biāo)，通過測量不同表面張力的兩種液體在織物表面上的接觸角可以計算出織物表面能。實驗采用接觸角測量儀測試織物拒水整理前后待測液體接觸角的大小，使用的針管為1 mL的一次性注射器，針頭的直徑為0.54 mm，每種織物測試5次，取其平均值進(jìn)行計算。

1.6.2 Zeta電位測試

實驗采用固體表面Zeta電位儀測試拒水整理前后織物表面的Zeta電位，采用液體Zeta電位儀測試污漬穩(wěn)定分散在水溶液中時所帶電荷。

1.6.3 沾污性能測試

在水洗色牢度儀中，取6個容量為1 L的鋼杯，在每個鋼杯中加入20個不銹鋼鋼珠（SΦ=10 mm）、一塊織物（織物共5種）、質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的雕牌洗滌劑和單一污物（見1.3.1），浴比為1∶60，洗滌溫度30 ℃，洗滌時間20 min，試樣漂洗2遍后脫水烘干。測試織物洗滌前后的CIE白度值W以及亮度L*值來表征洗滌浴中不同污漬對各織物的沾污性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 織物洗滌效果的變化

測量織物洗滌前后的L*、a*、b*值，計算每種污漬的洗凈力，實驗結(jié)果見表1。從表1可知，與未整理的純棉織物上污漬的洗凈力相比，拒水和拒油整理后織物上巧克力、奶茶以及咖啡牛奶等水溶性污漬的洗凈力有所提高，皮脂[5-6]、老干媽以及黃泥等油溶性污漬的洗凈力反而降低;經(jīng)過全氟烷基（-CnF2n+1）丙烯酸酯類拒水拒油劑（含氟A和含氟B）處理的織物洗凈力總是大于經(jīng)過長碳鏈丙烯酸酯類拒水劑（無氟C和無氟D）處理的織物。

2.2 拒水整理織物表面能的變化

根據(jù)Owens二液法，分別測試水（γ=72.8 mN/m）和二碘甲烷（γ=50.8 mN/m）這兩種液體在不同織物上的接觸角θ，即可計算出織物的表面能[7]，測試結(jié)果見表2。由表2可知，原棉織物有較高的表面能，經(jīng)拒水整理后表面能會顯著下降。經(jīng)過含氟A、含氟B整理劑處理后的織物表面能可降至8.62 mN/m以下，且極性液體水和非極性液體二碘甲烷在織物表面的接觸角均大于90°，說明經(jīng)全氟烷基丙烯酸酯聚合物整理的織物具有較強的拒水拒油性能。經(jīng)過無氟C和無氟D整理劑處理后的織物表面能可降至18.39 mN/m以下，水的接觸角大于90°，而二碘甲烷的接觸角小于90°，說明經(jīng)碳?xì)漕惥酆衔镎淼目椢锞哂休^好的拒水作用，但對較低表面張力的油性液體仍有較強的親和力。

純棉織物經(jīng)拒水、拒油整理后，織物表面能的變化與洗凈力大小之間存在一定關(guān)系[2-3]。不同整理劑處理后的織物表面能大小為：未整理>無氟拒水整理>含氟拒水拒油整理。對于水溶性污漬，織物的洗凈力大小為：含氟拒水拒油整理>無氟拒水整理>未整理。將拒水整理前后織物上污漬的洗凈力與織物表面能變化的關(guān)系作圖，如圖2（a）所示，巧克力、奶茶、咖啡牛奶等水溶性污漬的洗凈力隨著織物表面能升高而降低。這是因為未整理的純棉織物親水性好，表面能較高，水溶性污漬容易在織物表面鋪展開來，污漬中的固體顆粒會隨著水的滲透作用進(jìn)入到纖維間隙難以去除，所以原棉織物上水溶性污漬的洗凈力最低。拒水、拒油整理后的織物具有較低的表面能，水分子不易潤濕織物，污漬難以附著在織物上，洗凈力因而提高。根據(jù)楊氏方程[8]，固體表面能越低，固體表面液體的接觸角就越大，它們之間的附著力就越小，所以織物表面能越低，水溶性污漬的洗凈力越大。

對于油溶性污漬，織物的洗凈力大小為：未整理>含氟拒水拒油整理>無氟拒水整理。如圖2（b）所示，皮脂、老干媽、黃泥等油溶性污漬在較高表面能的原棉織物上的洗凈力最大，在拒水整理后低表面能的織物上的洗凈力反而下降，且拒水拒油整理織物的洗凈力大于拒水整理織物的洗凈力。這是因為原棉織物親水性好，水分子容易潤濕織物，增加了油污脫離織物表面向洗滌液擴散的程度，此外，拒水整理相當(dāng)于是在織物表面覆蓋了一層疏水性的薄膜，整理后的織物雖然在大氣中有優(yōu)良的拒水性能，可油性污漬一旦印上去之后就與疏水膜之間有一定的親和力，且非極性的油污與極性強的親水織物之間的親和力較小，低于疏水性污漬與疏水膜之間的親和力[9-10]，因此，對于油溶性污漬，未整理的棉織物洗凈力大于拒水整理織物的洗凈力。又因為油類的表面張力一般在20～40 mN/m，經(jīng)含氟拒水拒油整理劑處理的織物具有更低的表面能（8.62 mN/m以下），油污在織物表面易成球形難以在表面鋪展和附著，而經(jīng)拒水整理劑處理的織物表面能接近于油類的表面張力，油污能部分潤濕織物，所以拒水拒油整理織物上油污的洗凈力要大于拒水整理織物的洗凈力。綜上，未整理織物上的油溶性污漬洗凈力最高，拒油整理織物的洗凈力次之，拒水整理織物的洗凈力最低。

2.3 拒水整理織物表面Zeta電位的變化

用固體表面Zeta電位儀測定不同拒水整理劑處理前后織物表面Zeta電位的變化，用液體Zeta電位儀測定不同污漬穩(wěn)定分散在水溶液中的Zeta電位，測試結(jié)果見表3。未整理的純棉織物在水溶液中帶負(fù)電荷，經(jīng)拒水整理后織物表面Zeta電位的絕對值有所降低，這可能是因為拒水整理劑覆蓋在纖維表面，阻礙了纖維大分子中羥基的電離以及極性水分子的定向吸著，也可能與整理劑乳液呈弱陽離子性有關(guān)。而不同拒水整理織物的表面Zeta電位的不同可能是因為拒水整理劑中不同側(cè)鏈形成的疏水溶劑化層厚度的不同導(dǎo)致剪切面滑移，使得雙電層結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

織物與污漬在水溶液中均帶負(fù)電荷，將織物與污漬的Zeta電位值相加，兩者之間Zeta電位的和可用于表征織物與污漬之間靜電斥力的大小，Zeta電位和的絕對值越大則說明織物與污漬之間靜電斥力的作用就越大[11]。將織物上污漬的洗凈力和織物與污漬之間Zeta電位和的關(guān)系作圖，如圖3所示，皮脂、老干媽、黃泥等油溶性污漬的洗凈力和織物與污漬之間Zeta電位的和有一定的相關(guān)性，即油溶性污漬的洗凈力隨著織物與污漬之間Zeta電位和的絕對值的減小而降低。由表3可知，拒水整理后織物與污漬之間Zeta電位和的絕對值小于未整理織物與污漬之間Zeta電位和的絕對值，即拒水整理后織物與污漬之間的靜電斥力作用減小，污漬不容易從織物上去除，同時也較容易再沉積到織物上[12-13]，所以拒水整理后織物上污漬的洗凈力有下降的趨勢。出現(xiàn)未整理的純棉織物與水溶性污漬之間Zeta電位和的絕對值最大但洗凈力最低的這一現(xiàn)象，可能是因為極性的親水原棉織物與極性的水溶性污漬之間的分子間引力起主要作用，污漬容易吸附到織物表面上。

2.4 洗滌浴中不同污漬對織物的沾污性能

洗滌是一個可逆的過程[14-15]，污漬在洗滌劑和機械力的作用下從織物上洗脫的同時也存在著污漬再沉積現(xiàn)象，導(dǎo)致織物的洗凈力下降。實驗室中常用沾污試驗來模擬家庭洗滌浴中出現(xiàn)的再沉積現(xiàn)象，織物的沾污情況越明顯則說明污漬與織物之間的親和力越好[16]。因此，按照1.6.3中所述的方法對各織物進(jìn)行不添加污漬或添加污漬的洗滌實驗，測量織物洗滌前后的CIE白度值W和亮度L*值，實驗結(jié)果見圖4、圖5。

由圖4可知，當(dāng)洗滌環(huán)境中僅有洗滌劑時（未添加污漬），織物在洗滌前后的白度和亮度值均有不同程度的提高。當(dāng)洗滌浴中添加巧克力、奶茶、咖啡牛奶等水溶性污漬時，織物洗滌后的白度和亮度值均有所下降，且各織物白度的變化趨勢與亮度值的變化趨勢基本一致。其中，水溶性污漬對未整理的純棉織物的沾污現(xiàn)象明顯大于拒水整理的織物，這說明水溶性污漬與親水性好的原棉織物之間的親和力大于拒水整理織物。而污漬與織物之間親和力越大，污漬越容易發(fā)生沾污現(xiàn)象，織物的洗凈力就越小，所以水溶性污漬在原棉織物上的洗凈力最小，在拒水整理織物上的洗凈力較大。

由圖5可知，當(dāng)洗滌浴中添加皮脂、老干媽、黃泥等油溶性污漬時，各織物洗滌后的白度和亮度值均有所下降，且各織物白度的變化趨勢與亮度值的變化趨勢基本一致。其中，油溶性污漬對未整理的純棉織物的沾污現(xiàn)象不如拒水整理的織物明顯，即油溶性污漬與親水性好的原棉織物之間的親和力較小，與低表面能的拒水整理織物的親和力較大。此外，在洗滌浴中污漬與織物均帶負(fù)電且原棉織物的負(fù)電性比拒水整理織物的負(fù)電性更強，說明污漬與原棉織物之間的靜電斥力更大，污漬不容易發(fā)生沾污現(xiàn)象，所以原棉織物上油溶性污漬的洗凈力最大，而拒水整理織物的洗凈力較小。

3 結(jié) 論

拒水整理前后織物表面能及織物表面Zeta電位的變化導(dǎo)致的織物與污漬之間靜電斥力的不同，洗滌浴中不同污漬對織物沾污性能反映出的兩者之間親和力的大小均會影響織物的洗滌效果。主要結(jié)論如下：

a）純棉織物經(jīng)不同的拒水整理劑處理后其表面能降低，巧克力、奶茶、咖啡牛奶等水溶性污漬的洗凈力提高，而皮脂、老干媽、黃泥等油溶性污漬的洗凈力下降。

b）不同拒水整理劑處理后的織物表面能的大小為：未整理>無氟拒水整理>含氟拒水拒油整理?？椢锷纤苄晕蹪n的洗凈力大小為：含氟拒水拒油整理>無氟拒水整理>未整理，油溶性污漬的洗凈力大小為：未整理>含氟拒水拒油整理>無氟拒水整理。

c）隨著拒水整理后織物與污漬之間Zeta電位和絕對值的減小，即兩者之間靜電斥力作用的減小，油溶性污漬的洗凈力也有降低的趨勢。

d）洗滌浴中不同污漬對各織物沾污性能的不同也會影響織物的洗滌效果?？椢锱c污漬之間的親和力越大，污漬越容易沾污到織物上，織物的洗凈力就越小。

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