三防整理劑在織物鞋材面料的應(yīng)用及其性能研究

貢旺，李建華，鄭小佳，鄭云波

（1.北京中紡化工股份有限公司，北京 100176；2.海西紡織新材料工業(yè)技術(shù)晉江研究院，福建 晉江 362200）

引言

隨著飛織技術(shù)和工藝的進(jìn)步，織造面料被越來(lái)越多地應(yīng)用在鞋面材料上。飛織（Flynit）技術(shù)是2012 年由耐克公司從針織毛衣的技術(shù)改良而來(lái)，其面料具有輕盈、貼合感強(qiáng)、透氣性好、舒適和花紋設(shè)計(jì)感強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。與此同時(shí)，飛織技術(shù)還大大減少了邊角料的浪費(fèi)，有助于降低成本和環(huán)境保護(hù)，因此在短時(shí)間內(nèi)成為了行業(yè)熱門技術(shù)，獲得了廣大制造商和消費(fèi)者的喜愛[1]。

但是飛織鞋面在實(shí)際使用過(guò)程中，也必須面對(duì)一些亟待解決的問題。一是易臟污且難清理，二是耐久性差[2]，而且這兩個(gè)問題是相互關(guān)聯(lián)的。一方面，保持鞋面的整潔干凈是消費(fèi)者的普遍需求，且飛織材料多應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)鞋、休閑鞋上，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中鞋面沾污的速度和程度都大大提高。另一方面，改善飛織材料的受污染程度可以減緩污漬對(duì)材料的腐蝕，從一定程度上保持面料強(qiáng)度，提高耐久性。

因此，文章以市售的三防整理劑為基礎(chǔ)，通過(guò)浸軋法在高密飛織面料表面形成疏水疏油層，使織物具備了良好的防污能力。經(jīng)耐磨和耐光照測(cè)試表明，此種處理方法可以讓織物的防污性能具備較好的耐久性，滿足長(zhǎng)期穿著的防污要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

面料：滌綸高密飛織面料。

試劑：三防整理劑為耐久型防水劑 CTA-5617（北京中紡化工股份有限公司），抗靜電劑為防水專用抗靜電劑FK-312（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）、YG401E 型馬丁代爾耐磨儀（武漢國(guó)量?jī)x器有限公司）、YG611D 型日曬氣候色牢度儀（溫州方圓儀器有限公司）。

1.2 參考標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 防水性能

按照AATCC 22 《紡織品 拒水性能測(cè)試 噴淋法》進(jìn)行測(cè)試。

1.2.2 防油性能

按照AATCC 118《紡織品 拒油性能測(cè)試 耐碳?xì)浠衔镌囼?yàn)》進(jìn)行測(cè)試。

1.2.3 耐液態(tài)污漬測(cè)試

按照GB/T 30159.1《紡織品 防污性能的檢測(cè)與評(píng)價(jià) 第1部分：耐沾污性》進(jìn)行測(cè)試。

1.2.4 耐固態(tài)污漬測(cè)試

按照北京中紡化工股份有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/DXZFH0016—2022《紡織品 耐固態(tài)粉塵沾污性能》進(jìn)行，具體的標(biāo)準(zhǔn)方法如下：

a.試樣尺寸：每組測(cè)試均取兩塊試樣，每塊試樣尺寸為（150×150）mm。

b.取樣：樣品應(yīng)距布端1m 以上的部位，試樣應(yīng)距布邊1/10 幅寬內(nèi)采取。試樣應(yīng)無(wú)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的疵點(diǎn)。

c.灰粉的制備：準(zhǔn)備好煙絲，將其制備成10mm 左右的小段放置于坩堝內(nèi)，在坩堝內(nèi)加入2ml 左右的乙醇，在空曠處將坩堝內(nèi)的煙絲點(diǎn)燃，并盡量使其充分燃燒，燃燒后將坩堝內(nèi)的灰粉放入180 目的篩網(wǎng)內(nèi)，振動(dòng)過(guò)篩，收集篩出物放于表面皿內(nèi)。最終保持表面皿內(nèi)灰粉的厚度在5mm 左右?；曳凼褂猛戤吅蠓湃敫稍锲鲀?nèi)保存。

d.測(cè)試：將試樣置于絕緣試驗(yàn)臺(tái)上，實(shí)驗(yàn)員應(yīng)雙手佩戴絕緣手套，手持標(biāo)準(zhǔn)滌綸布與試樣貼緊并同方向刮擦20 次，然后快速將試樣摩擦面向下置于盛有灰粉的表面皿上（樣品盤內(nèi)灰粉高度盡量始終保持5mm 左右），在表面皿上放置5s 后取下，根據(jù)沾污評(píng)價(jià)方法評(píng)定等級(jí)（見圖1）。

圖1 耐固態(tài)污漬評(píng)級(jí)圖

1.2.5 耐磨測(cè)試

按照ISO 12947—2《紡織品 織物耐磨性馬丁代爾法的測(cè)定》進(jìn)行，其中砝碼質(zhì)量為2.5kg，摩擦次數(shù)為1000 次和2000 次。

1.2.6 耐光照測(cè)試

按照GB/T 8427—2019 《紡織品 色牢度實(shí)驗(yàn) 耐光色牢度：氙弧》進(jìn)行，其中測(cè)試時(shí)間為325h。

1.3 試樣準(zhǔn)備與處理

采用浸軋-焙烘工藝，實(shí)驗(yàn)設(shè)備為小型軋車和定型機(jī)。將三防整理劑或三防整理劑和抗靜電劑配置成工作液，其中工作液中包含質(zhì)量濃度為8%的CTA-5617 或質(zhì)量濃度為8%+1%的CTA-5617 和FK-312 的混合液。將配置好的工作液倒入小型軋車的液槽，待整理面料先在輥輪的帶動(dòng)下從液槽進(jìn)出一次，使其被工作液完全浸濕。其后，面料經(jīng)過(guò)輥軋除去多余工作液，軋輥壓力為0.3MPa。最后，將面料置于定型機(jī)中定型，定型溫度為150℃，定型時(shí)間為2min。

2 結(jié)果與討論

2.1 防水性能

文章參照AATCC 22 低速噴淋試驗(yàn)?zāi)M內(nèi)飾織物面料的防水性能，性能評(píng)價(jià)指標(biāo)見表1。經(jīng)過(guò)防污處理的織物面料在噴淋試驗(yàn)后，織物表層無(wú)水滴黏附，織物無(wú)浸潤(rùn)情況。其防水等級(jí)為95 分；作為對(duì)比，未經(jīng)處理的織物面料，經(jīng)過(guò)噴淋試驗(yàn)后，織物表面完全浸潤(rùn)，無(wú)任何防水性能。由以上測(cè)試結(jié)果可知，普通織物面料在經(jīng)整理劑處理后，其防水性能明顯提升。因此，采用該工藝處理后的面料沾污水性臟污時(shí)（如果汁、可樂、咖啡等），可通過(guò)干毛巾、紙巾等快速擦拭移除，明顯增強(qiáng)了鞋材面料抵御水性污漬的能力，提升了穿著體驗(yàn)，降低了打理成本。

表1 防水性能等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 防油性能

油性物質(zhì)也是生活中常見的污漬類型，當(dāng)人們?cè)谟貌?、使用運(yùn)動(dòng)器械、駕車等生活場(chǎng)景中時(shí)，時(shí)常會(huì)遇到油性物質(zhì)沾到鞋上的情況。一般來(lái)說(shuō)，油性污漬因?yàn)榫哂斜人晕蹪n更低的表面能，往往更容易潤(rùn)濕鞋面而難以去除。因此，使織物鞋材面料具有防油性能就成了鞋面防污的一個(gè)關(guān)鍵需求。防油性能的測(cè)試依照AATCC 118 標(biāo)準(zhǔn)，其測(cè)試液體的構(gòu)成見表2。

表2 防油性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試液成分

如表2 所示的標(biāo)準(zhǔn)試液，等級(jí)越高代表防油性能越好。對(duì)于通常的應(yīng)用需求來(lái)說(shuō)，防油性能至少不小于4 級(jí)。經(jīng)過(guò)三防整理劑整理的面料，其防油性能可在6 級(jí)以上；而未經(jīng)整理的面料，其防油等級(jí)為0 級(jí)。因此，三防鞋材面料的防油性能已經(jīng)完全可以滿足日常穿著的防油需求，因?yàn)槠綍r(shí)食用油等油漬對(duì)應(yīng)的防油等級(jí)均在2-4 級(jí)范圍內(nèi)。

2.3 耐液態(tài)污漬性能

防水和防油測(cè)試證明了面料對(duì)擁有特定表面張力的物質(zhì)的防潤(rùn)濕能力，但是對(duì)生活中的常見液態(tài)污漬還是需要進(jìn)行有針對(duì)性的防污測(cè)試才能證明面料的防沾污性能。文章參照GB/T 30159.1要求，測(cè)試了面料的耐液態(tài)污漬沾污性能，其評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 液態(tài)污漬評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

如表3 所示的液態(tài)污漬評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，等級(jí)越高代表面料耐液態(tài)污漬的性能越好，一般來(lái)說(shuō)在4 級(jí)以上即可認(rèn)為具有優(yōu)秀的防污性能。本次所選用的污漬為生活中常見的液態(tài)污漬，包括花生油、番茄醬、咖啡、紅酒和老抽。液態(tài)污漬在三防面料表面的狀態(tài)見圖2。經(jīng)三防整理后的鞋材面料，其耐液態(tài)污漬的等級(jí)均可以達(dá)到5 級(jí)，見圖3；而未經(jīng)整理的面料則只有1 級(jí)。

圖2 三防整理后的織物表面耐液態(tài)沾污性能

圖3 將污漬用紙巾擦掉后的三防織物表面

優(yōu)秀的防污能力，可以保證液態(tài)污漬在沾染到面料上后不會(huì)潤(rùn)濕滲入鞋材內(nèi)部，而且可以用紙巾輕松擦拭掉，甚至可以將其輕輕抖落并不留痕跡。這種出色的防液態(tài)污漬的能力顯著提高了穿著體驗(yàn)。

2.4 耐固態(tài)污漬性能

三防整理劑可以在織物的表面形成一層表面能極低的功能層。當(dāng)表面能被降低到一定程度后，該表面就難以被液態(tài)污漬潤(rùn)濕，而是會(huì)使其在接觸時(shí)形成液珠。此時(shí)，污漬就可以從織物表面直接滑落，或者通過(guò)擦除的方式較為輕松地清理干凈。對(duì)于灰塵一類的固態(tài)污漬，其在織物表面的沾污機(jī)理與液態(tài)污漬不同，此類污漬往往是因?yàn)殪o電效應(yīng)而吸附在表面。因此需要在對(duì)織物進(jìn)行三防整理時(shí)輔助以抗靜電劑，這樣就能顯著降低靜電在織物表面的積累，從而達(dá)到減少固態(tài)粉塵污漬沾污的效果。

固態(tài)粉塵類污漬是鞋類要面對(duì)的主要污漬類型。如今的鞋面選材越來(lái)越多地傾向采用合成纖維材料，而合成材料容易因摩擦而產(chǎn)生靜電，從而吸附更多環(huán)境中的粉塵[3]。在有靜電的情況下，即使電中性粉塵也會(huì)被極化，呈現(xiàn)反向電性而被吸附。因此，提升織物的抗靜電性能就可以大大減緩其被固態(tài)粉塵類污漬污染的速度。文章采用的測(cè)試抗靜電吸灰的方法是一種實(shí)驗(yàn)室常用的簡(jiǎn)明測(cè)試方法。測(cè)試原理為，將待測(cè)試材料經(jīng)過(guò)與特定材料相互摩擦并分離后，將其置于盛有煙灰的表面皿上，通過(guò)觀察其吸附煙灰的量來(lái)評(píng)價(jià)其抗靜電能力的等級(jí)。

三防整理劑配合抗靜電劑使用，采用同浴法整理的面料，可以達(dá)到4 級(jí)或以上的耐固態(tài)污漬等級(jí)，而原面料或僅經(jīng)三防整理的面料則只有1 級(jí)。與此同時(shí)，測(cè)試結(jié)果顯示，抗靜電劑FK-312 的加入，并不會(huì)影響三防整理劑在防水、防油或防液態(tài)污漬方面的性能（見表4）。

表4 FK-312 對(duì)三防性能的影響

在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，經(jīng)過(guò)三防助劑和抗靜電劑整理的三防材料可以有效防止灰塵類污漬對(duì)鞋面的污染，大大降低了鞋子的保養(yǎng)頻率。這一性能對(duì)采用織造面料的運(yùn)動(dòng)鞋尤其重要。

2.5 三防耐久性

為了評(píng)價(jià)鞋面經(jīng)過(guò)一定時(shí)間穿著以后的三防性能耐久性，文章采用馬丁代爾耐磨儀按照ISO 12947—2 的要求，使用標(biāo)準(zhǔn)羊毛織物對(duì)待測(cè)面料分別進(jìn)行1000 次和2000 次的摩擦處理，砝碼質(zhì)量為2.5kg。這種測(cè)試方法可以有效模擬鞋材在穿著過(guò)程中經(jīng)歷環(huán)境摩擦而老化的過(guò)程。之后按照3.1-3.4 的評(píng)價(jià)方法，分別再次評(píng)定試樣摩擦后的防水、防油、耐液態(tài)污漬、耐固態(tài)污漬性能。

從表5 數(shù)據(jù)可見，經(jīng)歷2000 次摩擦的耐久性測(cè)試后，此三防整理面料的性能仍然可以達(dá)到防水85 分、防油5級(jí)、耐液態(tài)污漬5 級(jí)、耐固態(tài)污漬4 級(jí)的水平。相比于1000 次和2000 次的測(cè)試結(jié)果，二者相差不大。這說(shuō)明，鞋材三防性能的耐磨損失在初期經(jīng)歷一個(gè)明顯的變化后，后期會(huì)趨于平穩(wěn)。在未來(lái)相對(duì)較長(zhǎng)的使用期內(nèi)，三防鞋材的各項(xiàng)指標(biāo)仍然能夠維持在一個(gè)較為優(yōu)秀的區(qū)間內(nèi)。

表5 三防及耐久性能（耐磨）

此外，耐光性也是評(píng)價(jià)三防整理劑耐久性能的一個(gè)重要指標(biāo)。鞋類的使用場(chǎng)景中，光照是一個(gè)無(wú)法忽略的因素，因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的光照會(huì)破壞高分子的結(jié)構(gòu)。紫外線會(huì)給高分子材料提供大量的激發(fā)能，使分子內(nèi)部產(chǎn)生大量的自由基，從而發(fā)生多種負(fù)面化學(xué)反應(yīng)，破壞高分子材料原有的性質(zhì)[4]。

文章采用GB/T 8427—2019 的測(cè)試方法，區(qū)曝曬條件為約45%有效濕度，黑標(biāo)溫度為（47±3）℃，黑板溫度為（45±3）℃，輻照度控制在（42±2）W/m2，耐光照時(shí)間為325h。

從表6 中的數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論，該三防面料具有優(yōu)秀的耐光照老化性能，測(cè)試前后面料的各項(xiàng)性能變化不大。

表6 三防及耐久性能（耐光照）

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)三防整理劑FK-5617 和抗靜電劑FK-312 整理的鞋材面料，其防水、防油、耐液態(tài)污漬和耐固態(tài)污漬的性能均表現(xiàn)優(yōu)異。其中防水性能為95 分，防油等級(jí)在6 級(jí)以上，耐液態(tài)污漬可達(dá)5 級(jí)，耐固態(tài)污漬在4 級(jí)以上，可以完全滿足鞋材在日常生活中遇到的防污需求。

使用馬丁代爾耐磨儀對(duì)織物進(jìn)行老化耐久測(cè)試，在摩擦2000 次后，三防面料的性能仍然可以達(dá)到防水85 分、防油5 級(jí)、耐液態(tài)污漬5 級(jí)、耐固態(tài)污漬4 級(jí)。耐光照測(cè)試325 小時(shí)后，可以達(dá)到防水90 分、防油5 級(jí)、耐液態(tài)污漬5 級(jí)、耐固態(tài)污漬4-5 級(jí)。以此證明該三防助劑整理后的面料具有優(yōu)秀的耐久性。在未來(lái)應(yīng)用中，能夠有效延長(zhǎng)鞋面壽命，降低保養(yǎng)成本，提升穿著體驗(yàn)。