洗滌條件對涂層整理智能織物性能的影響

摘 要：為探討不同洗滌方式及其參數(shù)組合對涂層整理智能織物性能的影響，以納米銀涂層的純棉智能織物為研究對象，重點分析洗滌條件對涂層織物的形貌特征、導電性、縮水性以及拒水性的影響。結果表明：超聲波洗滌對銀涂層的損傷最小，保持了涂層完整性；超聲波洗滌處理后的織物表面電阻值變化最小，導電性能穩(wěn)定；超聲波洗滌的尺寸穩(wěn)定性亦表現(xiàn)優(yōu)異且對拒水性能影響不顯著；涂層整理智能織物的最佳洗滌條件為：超聲波洗滌，洗滌一次，主洗20 min，漂洗2次，主洗浴比1∶40，漂洗浴比1∶50。研究結果豐富了衣物洗護理論，可為智能織物的洗護程序設計提供理論參考。

關鍵詞：涂層整理；智能織物；洗滌方式；洗滌參數(shù)；外觀形貌；導電性能

中圖分類號：TS111.08

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2025）04-0068-07

收稿日期：20240718

網(wǎng)絡出版日期：20240924

基金項目：安徽工程大學-鳩江區(qū)產業(yè)協(xié)同創(chuàng)新專項基金項目（2022cyxtb7）；安徽工程大學本科生科研項目（FFBK202341）；安徽省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目（202310363049）；校企合作項目（HX202404057）

作者簡介：郭金俠（1999—），女，安徽阜陽人，碩士研究生，主要從事紡織品洗護及其日常護理方面的研究

通信作者：韋玉輝，E-mail：wyh19880104@163.com

近年來，智能織物的研發(fā)工作已進入快速發(fā)展階段，并影響到健康、醫(yī)療、軍事及商業(yè)等領域。智能織物不僅在學術研究中展現(xiàn)出巨大的價值，而且在產業(yè)應用上也具有廣闊的發(fā)展前景^［1-2］。當前對于智能織物的洗滌研究相對匱乏，相關研究主要集中在智能織物的現(xiàn)狀、涂層整理種類以及洗后指標的評估等方面^［3-5］，但未能深入探討不同洗滌方式和洗滌參數(shù)對涂層智能織物性能的影響。涂層整理技術是實現(xiàn)服裝智能化的關鍵手段之一，它能夠賦予紡織品新的性能^［6-8］。

本文將系統(tǒng)地探討不同洗滌方式和洗滌參數(shù)對涂層智能織物耐洗性能的影響，并通過測試洗滌前后涂層智能織物性能的變化，評估洗滌條件的影響，以期能為智能織物的洗護程序設計提供理論參考，推動該領域研究與應用的進一步發(fā)展。

1 實驗

1.1 材料與儀器

材料：硝酸銀、硼氫化鈉、γ-巰丙基三甲氧基硅烷、異丙醇、鹽酸、酒石酸、25%氨水、無水乙醇、乙二醇、丙酮、氯化銅、鹽酸多巴胺（98%）、三（羥甲基）氨基甲烷，杭州研趣信息技術有限公司。檸檬酸三鈉、過氧化氫、2，3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨（EP-TAC），麥克林有限公司。聚乙烯吡咯烷酮、海藻酸鈉，阿拉丁有限公司。全棉平紋機織物（135.6 g/m²，厚度為0.39 mm，密度為400×310根/（10cm）），紹興啟東紡織有限公司。

儀器：YG141織物厚度儀（武漢國量儀器有限公司）、DHG-9035A電熱鼓風干燥箱（上海一恒公司）、SCD-TZ800K6顯微鏡（蘇州薩測迪精密儀器有限公司）、DAQ6510數(shù)字式萬用表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（深圳市泰勒科技有限公司）、接觸角測量儀（大昌華嘉商業(yè)（中國）有限公司）、CR-100S超聲波清洗器（深圳市春霖超聲波科技有限公司）、LX-Q6824微納米氣泡（廣州市家有樂寵有限公司）、多功能便攜式洗衣機（蘇寧官方旗艦店）。

1.2 實驗過程

1.2.1 樣品涂層整理工藝

a.浸-軋-烘法

陽離子改性棉織物的制備：將棉布裁成6 cm×6 cm，用2，3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨配成40 g/L溶液，調pH值至11.5，以1∶25浴比在90 ℃處理棉布15 min，用去離子水沖洗，65 ℃烘箱烘干。

涂層材料制備：配制0.25%硝酸銀溶液，加入0.529 g檸檬酸三鈉、0.600 g聚乙烯吡咯烷酮和1 mL 30%過氧化氫，超聲清洗1 min，制備0.189 g硼氫化鈉溶液B，40 ℃超聲清洗1 min。將溶液B與納米銀反應40 ℃超聲清洗30 min。與0.3%海藻酸鈉溶液混合，磁力攪拌30 min。

導電涂層面料制備：將改性棉織物置培養(yǎng)皿，滴加3 mL涂層材料，刮板涂勻，65 ℃烘箱烘干。重復涂層操作3次，制成導電棉織物^［9］。

b.液相化學還原法

堿整理：將6 cm×6 cm棉布用乙醇和去離子水超聲清洗，70 ℃烘箱烘干，再用NaOH溶液處理，水洗至中性，烘干得棉織物B。

硅烷改性整理：在異丙醇-水溶液（V_異丙醇：V_水=1∶8）中加入1.0% γ-巰丙基三甲氧基硅烷，用0.1 mol/L HCl調至pH=3.5，室溫下放置1 h水解，制備硅烷偶聯(lián)劑溶液。將堿整理后的棉織物B放入溶液中，100 ℃烘箱烘干。

銀氨溶液：取質量分數(shù)0.15%的硝酸銀溶液，加入NaOH溶液反應產生黑褐色沉淀，繼續(xù)加入質量分數(shù)25%的NH₃H₂O溶液，手振蕩燒杯使沉淀完全溶解；

還原液溶液：稱取0.4 g葡萄糖和0.08 g酒石酸，用20 mL去離子水溶解，再加入4 mL無水乙醇。

導電棉織物：將改性棉布浸入銀氨溶液和還原液中處理，去離子水洗后105 ℃退火整理^［10］。

c.浸泡法

織物預整理：將棉布裁成6 cm×6 cm，分別在丙酮、乙醇、去離子水中超聲清洗，70 ℃烘箱烘干，高銨溶液（浴比1∶25）處理30 min，去離子水沖洗直至中性，烘箱烘干。

多巴胺整理：混合350 mL蒸餾水和150 mL乙醇，加入0.4235 g三羥甲基氨基甲烷調節(jié)調pH值至8.5，加入1.4 g的鹽酸多巴胺制成修飾溶液，前期處理完的制品以1∶50的比例浸入溶液中，織物洗滌并靜置干燥。

鍍銀整理：配制銀氨溶液，混合AgNO₃和NaOH，攪拌后逐滴加入質量分數(shù)25% NH₃H₂O至沉淀溶解，40 ℃反應8 h，加入葡萄糖溶液繼續(xù)反應2 h，用去離子水沖洗，干燥后得到導電織物。

1.2.2 清洗實驗

選擇3種涂層整理工藝下的洗滌方式和洗滌參數(shù)做單因素實驗。單因素實驗具體變量設計為洗滌方式：洗衣機洗滌（A），洗衣機＋微納米氣泡組合洗滌（B），超聲波洗滌（C）；洗滌參數(shù)：選擇涂層整理工藝c（浸泡法）在超聲波洗滌室溫下分別洗滌5、10、15次，主洗時間設置為20、30、40 min。其余參數(shù)設置為：轉速1000 r/min，洗滌劑質量濃度2.0 g/L，洗滌溫度20 ℃，漂洗2次，漂洗時間為15 min；洗滌后室溫晾干^［11］。

1.3 測試指標

1.3.1 形貌特征

采用SCD-TZ800K6顯微鏡（蘇州薩測迪精密儀器有限公司）對洗滌前后面料的形貌特征進行觀測，對比分析織物的形態(tài)變化。

1.3.2 導電性

在被測試織物中選取平行于經向/緯向且組織結構穩(wěn)定（沒有松散，較少歪斜）的10 cm的距離，將DAQ6510數(shù)字式萬用表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（深圳市泰勒科技有限公司）的兩根表筆接觸織物表面，讀取測試數(shù)據(jù)。隨機取樣測試5次，最終結果取平均值。

1.3.3 縮水性

參考GB/T 8628－2013《紡織品 測定尺寸變化的試驗中織物試樣和服裝的準備、標記及測量》取樣，在洗滌前同一塊織物樣品上標記3組線釘，并測量其尺寸，再將洗滌后的織物再次測定各個線釘之間的距離，記錄并計算出縮水率，3組線釘?shù)臄?shù)據(jù)求出平均數(shù)，縮水率公式為：

D/%=L₀-L₁L₀×100（1）

式中：D為縮水率，%；L₀為原始尺寸，cm；L₁為縮水后尺寸，cm。

1.3.4 拒水性

參考DB44/T 1872—2016《紡織品 表面潤濕性能的測定 接觸角法》，采用DSA25B織物接觸角測試儀，對織物的水相接觸角進行測定。使液滴直徑約為2 mm（體積為5 μL），測量5次取平均值。

2 結果與分析

2.1 形貌特征分析

表1和表2表示在顯微鏡下觀察不同涂層工藝在不同洗滌條件下織物的表面變化。由表1可知，相比于超聲波洗滌方式，經過洗衣機和微納米氣泡洗滌的織物銀離子附著性更差，更易出現(xiàn)分布不均現(xiàn)象。而超聲波洗滌方式，織物在整個洗滌過程中受到機械外力攪拌的物理作用，對銀離子附著作用的影響相對較小，故織物相對穩(wěn)定；由表2可知，對于相同的超聲波洗滌方式，隨著洗滌次數(shù)的增加和主洗時間的延長，織物表面附著的銀涂層逐漸減少，織物的微觀形貌變化更為明顯；織物的洗滌過程是一個涉及機械攪拌、摩擦、乳化等各種物理作用和化學作用的復雜過程，其過程很容易出現(xiàn)織物上的涂層脫落等現(xiàn)象，使其織物表面產生分布不均；通過合理控制洗滌條件，可以有效地控制織物表面的涂層脫落。因此，超聲波洗滌方式具有顯著優(yōu)勢，是處理此類織物的理想選擇。

2.2 導電性分析

表3表示不同洗滌條件的電阻值實驗結果。由表3可知不同洗滌方式織物電阻值從大到小依次為超聲波、洗衣機+微納米氣泡、洗衣機。因為微納米氣泡的直徑只有1 μm，且氣泡自身帶有負電荷，上升速度慢，故其電導率較大；而傳統(tǒng)洗衣機洗滌，由于機械作用力較大，可能會導致銀涂層部分脫落或損壞，從而降低織物的導電性；相比之下，超聲波洗滌通過高頻振動產生空化效應，對銀涂層的損傷較小，導電性保持較好；洗滌次數(shù)越多、主洗時間越長，織物表面附著的銀涂層越少，從而導致織物表面電阻值下降；長時間的洗滌可能會對銀涂層造成磨損，導致銀顆粒的脫落，從而降低導電性。超聲波的強度隨時間增加而增強，這可能會加劇對銀涂層的物理磨損。因此，適當?shù)南礈齑螖?shù)和合理的主洗時間可以減少銀涂層的損傷，以最大限度地保持其導電性能和穩(wěn)定性。

2.3 縮水性分析

圖1表示的是不同洗滌條件的縮水性對比。由圖1可知，洗衣機＋微納米氣泡的洗滌方式對于織物縮水率影響最大，超聲波洗滌方式對織物縮水率影響較小。不同洗滌條件織物縮水率從大到小依次為超聲波洗滌、洗衣機洗滌、洗衣機+微納米氣泡洗滌。傳統(tǒng)洗衣機在洗滌過程中，洗衣機的旋轉和攪拌對織物施加機械應力，特別是在高速旋轉時，這種應力可能導致纖維結構變形，從而引起縮水。而微納米氣泡破裂時產生的作用力也較大，兩者結合進行洗滌時對織物的影響更為顯著；超聲波在液體中產生的高頻振動導致局部壓力變化，形成微小的氣泡（空化泡），這些氣泡在破裂時釋放能量，有助于清潔而不會對織物造成顯著損傷，減少對纖維結構的破壞。在選擇洗滌方式時，應考慮銀涂層織物的特殊性質，優(yōu)先選擇對織物損傷小、縮水率低的超聲波洗滌；隨著洗滌次數(shù)的增加，織物可能會累積一定的機械應力和熱應力，導致縮水率逐漸增加，同時也可能增加織物的磨損，從而影響其尺寸穩(wěn)定性。主洗時間的延長可能會增加織物在洗滌液中的浸泡時間，導致縮水率變化較大。因此，在進行洗滌時，應注意避免洗滌時間過長，以減少對織物尺寸穩(wěn)定性的影響。

2.4 拒水性分析

表4和表5表示各涂層整理工藝后樣品在不同洗滌前后的接觸角實驗結果。由表4可知：洗衣機洗滌時織物接觸角整體呈下降趨勢，變化不明顯；洗衣機加微納米氣泡洗滌時織物接觸角呈上升趨勢；超聲波洗滌時織物整體接觸角略微上升，變化細微。分析認為，洗衣機洗滌過程中，銀涂層可能會與洗滌劑中的化學物質發(fā)生反應，導致涂層表面的拒水劑（如氟碳化合物）被去除或破壞，降低拒水性能。超聲波洗滌方式織物表面因空化效應使其表面接觸角降低，但如果超聲波強度過高，可能會導致銀涂層表面的微觀結構破壞，影響拒水性能。此外，超聲波可能加速洗滌劑與銀涂層的化學反應，導致拒水性降低；由表5可知隨著洗滌次數(shù)的增加以及主洗時間的延長，織物的拒水性能與接觸角的變化呈現(xiàn)負相關趨勢。在洗滌次數(shù)較少時，銀涂層的微觀結構可能只是受到輕微的破壞，拒水性能下降不明顯。隨著洗滌次數(shù)的增多，涂層表面的損傷逐漸累積，導致拒水性能逐漸減弱。經過多次洗滌后，銀涂層可能出現(xiàn)較大面積的破損或脫落，拒水性能顯著降低；洗滌次數(shù)的增加使得織物的親水性逐漸增強，而主洗時間的延長則導致織物在洗滌過程中表面銀離子分布更加均勻，這可能是接觸角不降反增的原因。

3 結論

通過3種涂層整理工藝（浸-軋-烘法、液相化學還原法、浸泡法）、3種洗滌方式（A洗衣機、B洗衣機+微納米氣泡、C超聲波）和洗滌參數(shù)的單因素實驗，系統(tǒng)探究了涂層整理織物耐洗機制的影響因素，并從形貌特征、導電性、縮水性以及拒水性對洗滌前后智能織物的性能進行測試，得出以下結論：

a）在形貌特征方面，超聲波洗滌在處理涂層織物時，能更有效地保持銀離子均勻附著并減少涂層脫落，相較于洗衣機和微納米氣泡洗滌，具有明顯優(yōu)勢，但隨著洗滌次數(shù)和時間的增加，涂層穩(wěn)定性會逐漸降低。

b）在導電性能方面，超聲波洗滌保持銀涂層導電性優(yōu)于洗衣機和微納米氣泡洗滌。長時間洗滌可能造成銀涂層磨損和銀顆粒脫落，降低導電性，因此適當?shù)南礈齑螖?shù)和主洗時間以維持涂層穩(wěn)定。

c）在縮水性方面，超聲波洗滌對織物的縮水影響最小，洗衣機加微納米氣泡洗滌方式導致的縮水率最高。隨著洗滌次數(shù)和主洗時間的增加，織物可能累積應力導致縮水率上升，影響尺寸穩(wěn)定性，因此應避免長時間浸泡織物。

d）在拒水性能方面，超聲波洗滌織物時整體接觸角略微上升但變化細微；隨著洗滌次數(shù)和主洗時間的增加，多次洗滌會導致織物拒水性能下降，接觸角增加。

綜上所述，超聲波洗滌方式在保護銀涂層織物的性能方面具有顯著優(yōu)勢，是處理這類織物的優(yōu)選方案。最佳洗滌條件為：超聲波洗滌、洗滌溫度為（20±2）℃、洗滌一次，主洗20 min、漂洗2次，主洗浴比1∶40、漂洗浴比1∶50、洗滌劑用量為2 g/L。本文的研究結果豐富了衣物洗護理論，為涂層整理工藝優(yōu)化和智能的織物洗護程序設計開發(fā)提供了理論參考。

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Effect of washing conditions on the performance of coated smart fabrics

GUO Jinxia¹， SONG Yi²， WEI Yuhui^1，3， LING Xue¹， PAN Wei³

（1.School of Textile and Garment， Anhui Polytechnic University， Wuhu 241000， China; 2.School of Fashion Design amp; Engineering Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China; 3.Anhui Suli Technology Co.， Ltd.， Wuhu 241000， China）

Abstract： With the rapid development of science and technology， smart fabrics， as an emerging textile material， have gradually become the research focus of academia and industry， and have affected fields such as health， medical treatment， military， and commerce. The application of coating finishing technology is pivotal in realizing the functionality of smart textiles. However， there are relatively few related studies on the washing of smart fabrics， which mainly focus on the types of coatings， the current status of fabrics， and the performance evaluation after washing. This study aims to systematically investigate the effects of various washing methods and parameters on the durability of smart textiles and assess the changes in performance through testing before and after washing.

With nano-silver coated pure cotton smart fabrics as the research subject， the article designed various washing methods and different washing parameters. Three coating finishing processes were adopted： immersion-rolling-drying method， liquid-phase chemical reduction method， and immersion method. The washing methods include washing in a washing machine， combined washing using a washing machine with micro-nano bubbles， and ultrasonic washing. In terms of washing parameters： for coating finishing process c （immersion method）， ultrasonic washing was performed at room temperature for 5， 10， and 15 times， respectively， with a main washing time of 20 minutes; the main washing time was set to 20， 30， and 40 minutes for one washing. The remaining parameters were set to a detergent concentration of 2.0 g/L， a rinsing time of 15 minutes， and air-drying at room temperature after washing. Throughout the experiment， the performance of the smart fabrics before and after washing was evaluated， including water repellency， shrinkage， morphological characteristics， and electrical conductivity indicators. Comparative analysis reveals significant differences in the effects of various washing methods and parameters on the performance of smart fabrics. The results indicate that the washing method combining washing machines with micro-nano bubbles has the most significant damage to the silver coating， while the ultrasonic washing effectively reduces damage to the coating surface through cavitation effects. As the number of washes and main wash times increase， the stability of the silver coating shows a decreasing trend. In terms of electrical conductivity， ultrasonic washing maintains a lower change in resistance value， effectively preserving the integrity of the coating， whereas other washing methods result in significant fluctuations in resistance values. Regarding shrinkage， ultrasonic washing treatment shows superior dimensional stability， while the washing method combining washing machines with micro-nano bubbles results in noticeable changes in dimensional stability， particularly for textiles treated with the immersion method， which exhibits relatively smaller changes in dimensional stability due to thorough modification. Concerning water repellency， the effects of different washing methods on the textiles are not significant.

In conclusion， ultrasonic washing is advantageous in protecting the performance of silver-coated textiles， making it the preferred method for handling such textiles. The optimal washing conditions are as follows： using ultrasonic washing at a temperature of （20±2）℃， with one wash cycle， a main washing time of 20 minutes， two rinses， a main wash bath ratio of 1∶40， a rinse bath ratio of 1∶50， and a detergent dosage of 2 g/L. The findings of this study provide theoretical references for the design of washing procedures for smart fabrics， enrich the theory of clothing washing， and facilitate the further development of research and applications in the field of smart fabrics.

Keywords： coating finishing; smart fabrics; washing method; washing parameters; appearance and morphology; electrical conductivity