非織造布單向?qū)窀男缘难芯窟M(jìn)展

蘇 倩 任元林，2 信鵬月

(1.天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津，300387;2.先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點實驗室，天津，300387)

近年來，人們對服裝面料的舒適性和健康性等方面的要求越來越高，在大運動量和高強度活動時，人體大量出汗，易產(chǎn)生服裝沾身和濕冷等不適感，并且易導(dǎo)致細(xì)菌滋生，因此面料的健康性及舒適性引起了人們的關(guān)注，應(yīng)運而生的單向?qū)竦墓δ苄悦媪蟼涫苋藗兦嗖A。

單向?qū)窨旄晒δ苊媪系陌l(fā)展比較成熟，已經(jīng)在高端運動服、訓(xùn)練服等方面得以大量應(yīng)用，這類紡織品多為雙層結(jié)構(gòu)針織面料，也有部分機織面料，近年來非織造布在該領(lǐng)域也嶄露頭角。

1 概述

1.1 單向?qū)穸x

單向?qū)裥阅苁侵府?dāng)材料拒水側(cè)(疏水側(cè))處于潮濕環(huán)境中時，材料能夠?qū)崿F(xiàn)對氣態(tài)及液態(tài)水分的吸收、傳導(dǎo)，并迅速通過毛細(xì)作用將水分由拒水側(cè)轉(zhuǎn)移到親水側(cè)，在外層擴散蒸發(fā)，保持拒水側(cè)的干爽［1］。材料拒水內(nèi)側(cè)保持人體在出汗時干爽不沾貼，材料外側(cè)可使水分快速蒸發(fā)，帶走大量熱量，使人感覺涼爽、舒適。

1.2 單向?qū)裨?/h3>

單向?qū)癫牧系墓ぷ髟硎遣牧蟽?nèi)層(接觸皮膚面)與外層(接觸空氣面)之間形成附加壓力差，附加壓力差在材料的內(nèi)層和外層之間產(chǎn)生差動毛細(xì)效應(yīng)，這是材料中液態(tài)水自動從內(nèi)層流到外層的動力。在人體出汗后，汗水可以從皮膚表層迅速向織物外層輸送，織物外層大量吸收水分同時大量蒸發(fā)，汗液不進(jìn)入纖維內(nèi)部，在織物表面大面積蒸發(fā)，保持織物內(nèi)層的干爽［2］。

2 織物單向?qū)窀男苑椒?/h2>

實現(xiàn)單向?qū)竦年P(guān)鍵是使材料內(nèi)外兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，可通過交織工藝和成布的表面改性來實現(xiàn)。

2.1 交織工藝

設(shè)計合理的雙層結(jié)構(gòu)織物是織物內(nèi)層利于液體導(dǎo)出，而外層利于液體擴散蒸發(fā)。在織物內(nèi)層纖維間形成較粗的毛細(xì)管，外層纖維間形成較細(xì)的毛細(xì)管，在織物的內(nèi)外兩層界面間就產(chǎn)生附加壓力差，織物中的液態(tài)水在壓力差引導(dǎo)下自動從內(nèi)層流到外層，這就是差動毛細(xì)效應(yīng)［3］。這種方法適用于機織物和針織物，通過面料設(shè)計，合理選擇織物內(nèi)外層纖維、紗線的參數(shù)以及交織工藝，獲得差動毛細(xì)效應(yīng)織物，實現(xiàn)面料的單向?qū)瘛?/p>

2.1.1 兩種親/疏水性不同的纖維制成雙面材料

兩種親/疏水性不同的纖維分別分布在材料兩面，制成雙面材料。國內(nèi)對天然親水性纖維——棉的研究比較成熟。原料從棉蓋丙綸、棉蓋滌綸到棉蓋Cooldry(吸濕排汗纖維，表面多溝槽，利用毛細(xì)管效應(yīng)導(dǎo)濕透氣)，織物類型從針織物到機織物［4-6］。唐琴等［7］對滌/棉雙層針織物的導(dǎo)濕性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)雙層織物的導(dǎo)濕能力與內(nèi)層和外層材料的吸濕性能差異相關(guān)。內(nèi)層材料的吸濕能力越差，外層材料的吸濕能力越好，則雙層織物的導(dǎo)濕能力越強。兩種纖維也包括經(jīng)親/疏水整理的纖維，對于親水性材料如純棉、麻和黏膠纖維，可以將經(jīng)過拒水整理和未經(jīng)整理的纖維或紗線通過交織方法制成親/疏水雙側(cè)結(jié)構(gòu)織物，得到單向?qū)窨椢铮?］。疏水性材料可以經(jīng)親水整理后與未整理的材料交織成親/疏水雙側(cè)結(jié)構(gòu)織物，實現(xiàn)單向?qū)瘛?/p>

2.1.2 導(dǎo)濕和快干纖維制成雙面材料

安云記［9］設(shè)計開發(fā)了單向?qū)耠p面針織面料，以聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)蓋丙綸蜂窩材料和PTT蓋Cooldry雙面網(wǎng)眼面料，覆蓋層作為材料接觸空氣一側(cè)，被覆蓋層作為接觸皮膚一側(cè)。張秀等［10］設(shè)計了滌綸/丙綸雙面鳥眼組織面料。利用織物內(nèi)側(cè)丙綸的拒水作用迅速將汗液導(dǎo)出，外側(cè)滌綸具有快干特點使汗液蒸發(fā)，保持了體表的干爽舒適。許瑞超等［11］以異形滌綸為原料設(shè)計了三種結(jié)構(gòu)不同的具有單向?qū)窆δ艿尼樋椕媪?，即單面填紗、魚眼結(jié)構(gòu)和法國羅紋織物，織物內(nèi)側(cè)的十字形截面能迅速將汗液導(dǎo)出，外側(cè)“C—O”形截面纖維使汗液快速擴散蒸發(fā)。

2.2 成布的表面改性

通過表面改性使材料兩面具有不同的親/疏水性。材料內(nèi)外兩層之間形成毛細(xì)管，由于材料內(nèi)外兩層具有不同的親/疏水性，形成的毛細(xì)管是由疏水和親水兩部分構(gòu)成，人體出汗后，汗液受壓力作用(如服裝壓力)而進(jìn)入到毛細(xì)管內(nèi)(從疏水端進(jìn)入)，液滴在毛細(xì)管內(nèi)受附加壓力作用(親水端對疏水端的吸引)而向外層自發(fā)移動，即汗液由身體一側(cè)向空氣層移動，從而達(dá)到快速導(dǎo)濕的目的［12］。材料兩面不同的親/疏水性可以通過兩種方法獲得:

(1)疏水性纖維材料的外層進(jìn)行親水改性。親水改性可以通過親水劑對纖維材料后整理，材料表面接枝改性(化學(xué)接枝、輻射接枝等)和等離子體處理改性等方法獲得。

(2)親水性纖維材料的內(nèi)層進(jìn)行疏水改性。吳燁芳等［12］采用平網(wǎng)印制的方式，用拒水拒油整理劑對棉織物進(jìn)行單面整理，使織物內(nèi)側(cè)獲得拒水性能，形成親/疏水雙側(cè)結(jié)構(gòu)。高麗賢等［13］用防水和親水整理劑對純棉針織物進(jìn)行里層防水整理和外層親水整理獲得了單向?qū)衲芰?。汪南方等?4］用漿點印制法對純棉織物進(jìn)行單面疏水整理獲得良好的單向?qū)裥Ч?jīng)50次水洗后導(dǎo)濕性能衰減不超過15%。周曉潔等［1］用含氟拒水整理劑(FG-910)對純棉水刺非織造布進(jìn)行單面整理，獲得單向?qū)裥阅堋?/p>

3 非織造布單向?qū)窀男缘难芯窟M(jìn)展

雙層結(jié)構(gòu)面料的織造工藝復(fù)雜，染色及后整理過程掌控難度大，使其成本過高，并且面料厚重，限制了其在手術(shù)服、病號服、勞動服及衛(wèi)生用品等快速消耗品方面的應(yīng)用。非織造布的優(yōu)勢使其具有很大的發(fā)展空間。

非織造布具有生產(chǎn)工藝簡單、成本低、產(chǎn)量高、產(chǎn)品種類多和應(yīng)用范圍廣的特點，然而非織造布性能上的不足限制了其應(yīng)用，目前大量用于醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的聚酯、聚丙烯非織造布，由于吸濕導(dǎo)濕性能差，與人體皮膚接觸時難以將體液吸收導(dǎo)出，造成了沾身、濕冷等不適感。因此，非織造布的單向?qū)窆δ芑男燥@得尤為重要。

聚酯、聚丙烯非織造布是疏水性材料，對其進(jìn)行單向?qū)窀男缘年P(guān)鍵是材料外側(cè)的親水改性。疏水性材料的親水改性方法可分為紡絲/紡前改性和后整理改性兩種。紡絲/紡前改性法有多種，如通過共聚引入親水基團(tuán)、共混親水母粒、與親水性聚合物復(fù)合紡絲、纖維表面或者內(nèi)部的物理改性等方法［15-17］，本文不予贅述。非織造布適合采用后整理改性，即成布的表面改性方法。成布表面親水改性法總體上可分為表面吸附法、表面化學(xué)氧化法和表面接枝改性法三種。

3.1 表面吸附法

通過親水整理使非織造布表面附加一層親水性化合物來提高親水性。加工方法主要有浸軋法、浸漬法、噴灑法和泡沫整理法等。浸軋法操作簡單，是工業(yè)生產(chǎn)中主要采用的方法。周曉潔等［1］用聚酯類親水整理劑對聚丙烯SMS非織造布進(jìn)行單面整理，獲得單向?qū)裥阅堋＿@種方法工藝簡單、成本低廉，缺點是經(jīng)整理的材料其水蒸氣傳導(dǎo)性能會下降，而且整理的耐久性差，易受外界條件，如溫度、酸堿度等的影響。

3.2 表面化學(xué)氧化法

化學(xué)氧化法是利用氧化性化學(xué)試劑對材料進(jìn)行處理，在纖維表面刻蝕擴孔以提高其表面的粗糙程度，同時引入極性基團(tuán)，來提高材料表面的親水性能。這種方法簡單易行且成本較低，不足之處在于主要是通過增加材料表面粗糙度進(jìn)行改性，引入極性基團(tuán)較少，親水改性效果一般，并且會損傷纖維強度［18-19］。

3.3 表面接枝改性法

接枝改性是在聚合物主鏈上接枝功能性分子或基團(tuán)的一種改性方法。表面接枝改性是利用引發(fā)劑使纖維表面產(chǎn)生游離基，然后親水性單體在游離基上進(jìn)行接枝聚合，從而形成具有持久吸水性能的表層。根據(jù)引發(fā)方式的不同，有化學(xué)接枝及等離子體、輻射、紫外光、臭氧等引發(fā)的接枝［20］。常用的接枝單體有馬來酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、衣康酸和丙烯酰胺等［21］。比較幾種表面親水性改性方法，接枝改性是表面改性的最重要方法，其優(yōu)點是改性效果佳、耐久性好、不損傷纖維、不影響材料的透氣性等，同時接枝改性方法也有其不完善性，如反應(yīng)時間長、生產(chǎn)成本高和生產(chǎn)連續(xù)性低等。

3.3.1 化學(xué)接枝

化學(xué)接枝是通過化學(xué)反應(yīng)在材料表面產(chǎn)生自由基或離子。袁世炬等［22］以過氧化苯甲酰為引發(fā)劑，將丙烯酸接枝到聚丙烯纖維表面，引入親水基團(tuán)—COOH，改善了聚丙烯纖維親水性能。Wang等［23］利用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法在聚丙烯非織造布上接枝N-乙烯基吡咯烷酮，非織造布的親水性隨著接枝率的提高而增強，水接觸角從113°±1.2°降到52°±3°。

3.3.2 輻射接枝

輻射接枝是利用高能輻射源處理聚合物表面，產(chǎn)生活性中心，在聚合物表面接枝親水性單體，改善材料的親水性。輻射接枝工藝簡單、節(jié)能、無污染。Choi等［24］利用輻射接枝法接枝丙烯酸單體，提高了電池隔膜用聚乙烯/聚丙烯非織造布的吸液能力。Choi等［25］通過輻射接枝親水性單體丙烯酸和甲基丙烯酸改善了聚丙烯膜的親水性。李曉等［26］用γ射線接枝丙烯酸單體，改善了聚偏氟乙烯(PVDF)超濾膜的親水性。

3.3.3 光引發(fā)接枝

表面光接枝技術(shù)是利用光處理聚合物表面，由光引發(fā)劑引發(fā)接枝聚合反應(yīng)，在聚合物表面接枝親水單體，達(dá)到材料親水改性的目的。特別是紫外光在聚合物材料表面改性中得到了廣泛應(yīng)用，紫外光的特點是對材料的穿透力差，改性只發(fā)生在材料表面或亞表面，不損壞材料的本體性能，且紫外光引發(fā)接枝聚合過程易控制，能夠在常溫下實施。陳中華等［27］在聚乙烯表面紫外光接枝 N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)提高了膜表面親水性。Yang等［28］用氬等離子體激發(fā)聚酯非織造布產(chǎn)生自由基，通過紫外線誘導(dǎo)表面接枝聚合，在聚酯非織造布上接枝丙烯酰胺，改善了其親水性能。王曉等［29-30］利用紫外光誘導(dǎo)接枝方法對亞麻織物、大豆蛋白復(fù)合纖維織物進(jìn)行了處理，改善了織物的染色性能。

3.3.4 等離子體改性

等離子體與材料表面作用，在材料表面上生成新的化學(xué)鍵和官能團(tuán)，改變其化學(xué)組成，引起表面化學(xué)和物理性質(zhì)的變化，達(dá)到表面改性的目的。等離子體處理工藝是干式加工，不使用化學(xué)藥品，節(jié)水節(jié)能無污染，且工藝簡單，處理效果顯著，處理僅涉及纖維表面而不影響材料整體性能。Rahel等［31］用表面介質(zhì)阻擋放電對輕質(zhì)聚丙烯非織造布進(jìn)行親水整理，試樣用常壓氮熱等離子體進(jìn)行處理，處理時間極短，操作簡單，可以用于高速聚丙烯非織造布在線整理，大大提高了生產(chǎn)效率。唐麗華等［32］采用常壓等離子體處理聚丙烯熔噴法非織造布，改善了其親水性能。劉源等［33］發(fā)現(xiàn)經(jīng)大氣壓氬等離子體射流處理后聚丙烯膜的接觸角最小可達(dá)到55°，放置10 d后接觸角為75.5°，但薄膜存在易老化的缺點。周月等［34］采用等離子體引發(fā)RAFT自由基聚合方法在聚丙烯多孔膜上接枝丙烯酸，改善了膜的親水性能。

3.3.5 臭氧活化接枝

臭氧活化接枝技術(shù)是利用高濃度臭氧氣體的強氧化性，在聚合物表面產(chǎn)生具有活性的過氧基團(tuán)，再接枝功能性單體的改性方法。臭氧接枝已應(yīng)用到膜材料的親水研究中，如聚丙烯微孔膜、聚偏氟乙烯膜、超高分子量聚乙烯微孔膜采用臭氧處理接枝親水單體改善膜的親水性［35-37］，臭氧處理技術(shù)設(shè)備簡單，實驗操作易行，日益受到關(guān)注。

4 結(jié)語

單向?qū)窆δ芑男詫τ诜强椩觳硷@得尤為重要，疏水性的聚丙烯和聚酯非織造布是非織造布單向?qū)窆δ芨男缘闹攸c。非織造布單向?qū)襁m合采用成布表面改性方法，其中接枝改性是表面改性中最重要的一種方法。高效持久、環(huán)保和工藝簡化是非織造布單向?qū)窆δ芨男匝芯康姆较颉?/p>

［1］ 周曉潔，李建強.單向?qū)穹强椩觳牧系难芯浚跠］.武漢:武漢紡織大學(xué)，2010.

［2］ 王其.高導(dǎo)濕功能織物的研究和設(shè)計［J］.紡織科學(xué)研究，2003(4):11-17.

［3］ 王其，馮勛偉.形成差動毛細(xì)效應(yīng)的條件研究［J］.東華大學(xué)學(xué)報，2002，28(3):34-39.

［4］ 瞿履修，王其，王文祖，等.細(xì)旦丙綸雙層結(jié)構(gòu)針織面料的開發(fā)與性能［J］.紡織學(xué)報，1995，16(4):37-39.

［5］ 吳濟宏，郭亞星.棉蓋滌導(dǎo)濕針織面料的開發(fā).［J］.武漢科技學(xué)院學(xué)報，2003，16(1):1-4.

［6］ 武繼松.棉蓋滌導(dǎo)濕機織面料的設(shè)計［J］.上海紡織科技，2006，34(10):55-56.

［7］ 唐琴，吳基作.雙層針織物的導(dǎo)濕性能研究［J］.山東紡織科技，2007(4):49-51.

［8］ 何天虹，吳燁芳，姚金波，等.吸濕快干純棉針織物的設(shè)計新思路［J］.針織工業(yè)，2005(12):41-43.

［9］ 安云記.單向?qū)衩媪系拈_發(fā)［J］.針織工業(yè)，2010(3):1-2.

［10］張秀，蔣佩繡，何世賢，等.滌綸/丙綸單向?qū)窆δ苊媪系拈_發(fā)［J］.紡織導(dǎo)報，2010(9):44-45.

［11］許瑞超，陳莉娜.定向?qū)襻樋椷\動面料的研制［J］.針織工業(yè)，2007(10):3-5.

［12］吳燁芳，姚金波.單向?qū)窨椢锏难芯浚跠］.天津:天津工業(yè)大學(xué)，2005.

［13］高麗賢，蔣衛(wèi)強，曾志豐.純棉針織物的單向?qū)裾恚跩］.印染，2011(24):28-30.

［14］汪南方，陳鎮(zhèn)，翦育林，等.純棉針織物單面疏水整理［J］.印染，2012(2):15-19.

［15］魏玉坤，柯加良，趙建青.極性單體熔融接枝改性聚丙烯的表面親水性能研究［J］.化工新型材料，2007(2):58-60.

［16］陳青奎，董曉武.改性 PP樹脂親水性的研究［J］.石化技術(shù)，1999(2):24-28.

［17］楊恩寧，郭靜.CaCO3/聚丙烯共混制備多孔聚丙烯纖維的研究［J］.合成纖維，2006(2):25-27.

［18］朱鳳娟，胡白年，黃志國.丙綸表面氧化改性的研究［J］.中國紡織大學(xué)學(xué)報，1989，15(5):47-52.

［19］秦衛(wèi)龍，王軍，趙毅.液相化學(xué)處理法提高聚丙烯材料的表面親水性［J］.中國塑料，2005，19(7):64-67.

［20］陳炯樞，陳學(xué)康，劉相.聚合物表面接枝改性方法和影響因素［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2007，7(9):1997-2002.

［21］劉衛(wèi)平.聚丙烯接枝改性及應(yīng)用［J］.塑料科技，2001(2):29-32.

［22］袁世炬，張光彥.聚丙烯纖維表面改性研究［J］.湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006(5):13-15.

［23］ WANG Chanchan，F(xiàn)ENG Ranran，YANG Fenglin.Enhancing the hydrophilic and antifouling properties of polypropylene nonwoven fabric membranes by the grafting of poly(N-vinyl-2-pyrrolidone)via the ATRP method［J］.Journal of Colloid and Interface Science，2011，357(2):273-279.

［24］ CHOI S H，KANG H J，RYU E N，et al.Electrochemical properties of polyolefin nonwoven fabric modified with carboxytic acid group for battery separator［J］.Radiation Physics and Chemistry，2001，60(3):495-502.

［25］ CHOI S H，PARK S Y，NHO Y C.Electrochemical properties of polyethylene membrane modified with carboxylic acid group［J］.Radiation Physics and Chemistry，2000，57(5):179-186.

［26］李曉，陸曉峰，施柳青，等.γ射線共輻照接枝聚偏氟乙烯超濾膜表面親水性研究［J］.輻射研究與輻射工藝學(xué)報，2007，25(2):65-69.

［27］陳中華，鄭裕東，王迎君，等.聚羥基烷酸酯表面接枝聚乙烯基吡咯烷酮的研究［J］.材料科學(xué)與工程學(xué)報，2004，22(2):189-192.

［28］ YANG Murong，CHEN Koshao，TSAI Juitsai，et al.The antibacterial activities of hydrophilic-modified nonwoven PET［J］.Materials Science and Engineering，2002，20(1):167-173.

［29］王曉，馬海濤，李淳，等.紫外光接枝丙烯酸亞麻織物的服用性能［J］.紡織學(xué)報，2010 ，31(8):73-77.

［30］王曉，馬海濤，孫靜，等.紫外光接枝丙烯酰胺改善織物染色性能的研究［J］.針織工業(yè)，2011(1):47-49.

［31］ RAHEL J，SIMOR M，CERNAK M，et al.Hydrophilization of polypropylene nonwoven fabric using surface barrier discharge［J］.Surface and Coatings Technology，2003，169-170:604-608.

［32］唐麗華，李鑫，江淵，等.等離子體引發(fā)丙烯酰胺接枝改性聚丙烯非織造布［J］.紡織學(xué)報，2007(12):27-29.

［33］劉源，方志，蔡玲玲.增強聚丙烯薄膜表面經(jīng)大氣壓氬等離子體射流改性后的親水性［J］.高壓電技術(shù)，2012，38(5):1141-1149.

［34］周月，汪思孝，黃健，等.等離子體引發(fā)的RAFT接枝聚合對聚丙烯多孔膜的表面改性［J］.南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2012，34(1):71-75.

［35］李維紅，劉鵬波，鄒華維.聚丙烯微孔膜表面臭氧處理接枝改性的研究［J］.高分子材料科學(xué)與工程，2008，24(4):97-100.

［36］韓炳強.臭氧引發(fā)接枝制備聚偏氟乙烯(PVDF)親水膜的研究［D］.北京:北京化工大學(xué)，2009.

［37］郭紅霞，王平，陳翠仙，等.超高分子量聚乙烯微孔膜的親水改性研究 (Ⅰ)臭氧活化接枝反應(yīng)及其表征［J］.膜科學(xué)與技術(shù)，2006，26(1):7-10.