無(wú)氟拒水整理洗后晾干拒水效果研究

北京中紡化工股份有限公司 北京 100176

1 引言

近年來(lái)，登山、滑雪、野外垂釣、野外攝影等戶外運(yùn)動(dòng)在國(guó)內(nèi)越來(lái)越受到歡迎，人們對(duì)專業(yè)戶外設(shè)備的需求也越來(lái)越高，因此，服裝品牌商也推出了相應(yīng)的專業(yè)功能服，這些戶外裝備讓我們?cè)谙硎苓\(yùn)動(dòng)樂趣與自然之美的同時(shí)給予消費(fèi)者更佳的舒適體驗(yàn)。著名運(yùn)動(dòng)品牌商耐克早在上世紀(jì)90年代就推出了第一款全天候裝備（All Conditions Gear），主要功能包括耐磨、輕量化、防風(fēng)、保暖、拒水。隨著戶外裝備的持續(xù)火熱，耐克于2014年年末在ACG系列中添加了更多的時(shí)尚元素，而The North Face、Patagonia等專業(yè)戶外品牌也不斷推陳出新。

在戶外裝備的多種功能中，拒水性能是一種可視化效果較好、容易測(cè)試的特殊功能，常常作為賣家的宣傳點(diǎn)。與戶外裝備市場(chǎng)的持續(xù)火熱不同，紡織品助劑商自2005年以來(lái)面臨的挑戰(zhàn)更加嚴(yán)峻，隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)和環(huán)保組織的壓力，含有全氟辛基類的有機(jī)氟防水劑（C8防水劑）與全氟己基類的有機(jī)氟防水劑（C6防水劑）正在區(qū)域性的逐步限制和禁用。自2010年以來(lái)完全不含有機(jī)氟的無(wú)氟防水劑成為助劑商重點(diǎn)研發(fā)的產(chǎn)品[1-2]。

戶外面料多以滌綸、尼龍等化纖面料為主，為應(yīng)對(duì)戶外復(fù)雜環(huán)境，對(duì)衣物耐洗滌性能和洗后干燥方式提出了更高的要求，即洗后晾干（Laundry-Air-Dry）拒水性能。洗后晾干又可以細(xì)分為室內(nèi)晾干（Line dry in shade）和室外曬干（Line dry in the sun）。本實(shí)驗(yàn)使用北京中紡化工股份有限公司研制的有機(jī)-無(wú)機(jī)納米無(wú)氟防水整理劑CWR-8GX對(duì)滌綸、尼龍面料進(jìn)行整理，考察洗后室內(nèi)晾干（25℃）、40℃低溫烘干、60℃滾筒烘干對(duì)CWR-8GX在滌綸、尼龍面料上拒水效果的影響，進(jìn)而研究洗后室內(nèi)晾干拒水的最佳工藝條件。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要原料和設(shè)備

面料：尼龍（70D×160D/225T，紅色）、滌綸（50D×50D/300T，橘色）

試劑：無(wú)氟防水劑CWR-8GX（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)、101型鼓風(fēng)干燥烘箱（北京永光明公司）、Y(B)089E型全自動(dòng)縮水率試驗(yàn)機(jī) (溫州大榮紡織儀器有限公司)、XQG80家用洗烘一體滾筒洗衣機(jī)(德國(guó)西門子公司)、SL200B 接觸角儀（深圳瓦力儀器設(shè)備有限公司）、TM3030 臺(tái)式掃描電鏡（日本日立公司）

2.2 拒水整理應(yīng)用工藝與性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

工作液配方/( g·L-1)：無(wú)氟防水劑 CWR-8GX/20～100；

工藝流程：一浸一軋（軋液率50%～70%，軋車壓力0.3 MPa，軋車轉(zhuǎn)速6r/min，整理液體積200mL）→烘干（100℃～110℃，2min）→焙烘（130℃～180℃，1min）→回潮待測(cè)。

2.3 性能測(cè)試

（1）拒水性能：按照GB/T 4745-1997 《紡織織物 表面抗?jié)裥詼y(cè)定 沾水試驗(yàn)》進(jìn)行測(cè)試。

（2）耐水洗：按照GB/T 8629-2017 《紡織品 試驗(yàn)用家庭洗滌和干燥程序》進(jìn)行測(cè)試。

（3）接觸角：采用SL200B 接觸角儀測(cè)定，測(cè)試樣品5處接觸角，取平均值。

（4）掃描電鏡測(cè)試：采用TM3030型掃描電鏡進(jìn)行觀測(cè)。

圖1 防水劑質(zhì)量濃度對(duì)拒水等級(jí)的影響

圖2 加工焙烘溫度對(duì)拒水等級(jí)的影響

圖3 防水劑質(zhì)量濃度對(duì)洗后室內(nèi)晾干拒水等級(jí)的影響

表1 不同洗滌次數(shù)、烘干方式對(duì)拒水性能的影響

3 結(jié)果與討論

3.1 拒水整理工藝優(yōu)化

按2.2的工藝，調(diào)節(jié)無(wú)氟防水劑CWR-8GX質(zhì)量濃度在 20g /L～100 g /L，分別對(duì)紅色尼龍和橘色滌綸進(jìn)行整理，110 ℃預(yù)烘 1 min，150 ℃焙烘 1 min。整理織物的初始拒水效果見圖1。

從圖1可以看出，隨著無(wú)氟防水劑CWR-8GX質(zhì)量濃度的提升，在低用量下拒水等級(jí)明顯提升，高于60g/L時(shí)在實(shí)驗(yàn)用尼龍、滌綸面料上已經(jīng)達(dá)到了拒水最高等級(jí)5級(jí)，因此我們選定工藝用量為60g/L，研究焙烘溫度對(duì)拒水效果的影響。

按2.2的工藝，固定無(wú)氟防水劑CWR-8GX質(zhì)量濃度在60 g /L，分別在110 ℃預(yù)烘 1 min，130℃ ～180℃焙烘1min對(duì)紅色尼龍和橘色滌綸進(jìn)行整理。整理織物的初始拒水效果見圖2。

從圖2可以看出，隨著加工溫度的提升，在60g/L用量下拒水等級(jí)有提升，在130℃～140℃焙烘1min拒水效果較差可能是因?yàn)榉浪畡┎荒芎芎玫脑诳椢锉砻娉赡ぃ?dāng)溫度高于160℃時(shí)在實(shí)驗(yàn)用尼龍、滌綸面料上已經(jīng)達(dá)到了拒水最高等級(jí)5級(jí)，但加工溫度過(guò)高可能引起織物黃變同時(shí)也浪費(fèi)能源，因此我們選定160℃為最佳焙烘溫度，研究織物的耐洗滌性能。

3.2 洗后晾干拒水性能研究

按3.1的最佳工藝條件，無(wú)氟防水劑CWR-8GX質(zhì)量濃度60g/L，在110 ℃預(yù)烘1 min，160℃焙烘1 min，對(duì)實(shí)驗(yàn)用尼龍、滌綸面料采用GB/T 8629-2017中的4N程序洗滌進(jìn)行拒水性能研究，分別考察洗滌5次、10次、20次、30次、40次的室內(nèi)晾干（25℃×24h）、40℃低溫烘干（6h）、60℃滾筒烘干（30min）拒水性能。（見表1）

從表1的測(cè)試結(jié)果可以看出，干燥方式的不同對(duì)洗后拒水性能影響很大，其中40℃低溫烘干在鼓風(fēng)烘箱中進(jìn)行，模擬的是戶外曬干[3]。60℃烘干使用家用滾筒烘洗衣機(jī)進(jìn)行，模擬家庭日常烘干。隨著烘干溫度的升高，洗后拒水性能都有所提升，但通過(guò)40次4N程序洗滌后室內(nèi)晾干的測(cè)試面料均只能達(dá)到拒水2級(jí)，因此我們通過(guò)提高防水劑用量研究洗后性能。

按3.1的最佳工藝條件，無(wú)氟防水劑CWR-8GX質(zhì)量濃度分別為60g/L、70g/L、80g/L、90g/L、100g/L進(jìn)行40次4N程序洗滌后室內(nèi)晾干的測(cè)試面料拒水等級(jí)見圖3。

圖4 80g/L無(wú)氟防水劑CWR-8GX整理后的尼龍、滌綸洗前和洗后對(duì)比

圖5 不同烘干溫度的接觸角測(cè)試

從圖3可以看出，當(dāng)防水劑用量從60g/L提高到80g/L后經(jīng)過(guò)40次4N程序洗滌后，室內(nèi)晾干拒水有提升，但用量高于80g/L以后均保持在3級(jí)不變。在40次4N程序洗后室內(nèi)晾干的洗滌干燥條件下，無(wú)氟防水劑CWR-8GX的最佳用量為80g/L。

3.3 織物纖維表面微觀結(jié)構(gòu)

使用掃描電鏡、接觸角測(cè)試儀對(duì)80g/L無(wú)氟防水劑CWR-8GX整理后的尼龍和滌綸，以及經(jīng)過(guò)40次4N程序洗后室內(nèi)晾干的尼龍和滌綸進(jìn)行表征，測(cè)試結(jié)果見圖4。

從圖4中可以看出，洗前織物纖維表面有明顯的顆粒附著物，這是無(wú)氟防水劑CWR-8GX通過(guò)整理定型后在織物表面成膜形成的。洗后依然能明顯的觀察到附著在纖維表面的顆粒附著物，表明通過(guò)40次4N程序洗滌后無(wú)氟防水劑在纖維表面附著的膜依然存在，無(wú)氟防水劑CWR-8GX與尼龍、滌綸纖維之間有較好的附著力。通過(guò)接觸角測(cè)試可以看出，洗后室內(nèi)晾干的面料與水的接觸角明顯下降，這主要是受到表面自由能的影響，在洗滌過(guò)程中面料纖維與水接觸，使得介于纖維與水之間的無(wú)氟防水劑聚合物疏水鏈段有向油性纖維方向遷移的傾向，形成疏水鏈段包埋現(xiàn)象[4]。

對(duì)上述40次4N程序洗后室內(nèi)晾干的尼龍面料，進(jìn)行梯度溫度烘干后測(cè)試接觸角。具體操作為：在面料表面標(biāo)記5個(gè)測(cè)試范圍，測(cè)試完室內(nèi)晾干接觸角后放入30℃烘箱1小時(shí)后取出冷卻至室溫后在標(biāo)記范圍內(nèi)測(cè)試接觸角，將測(cè)完的面料放入40℃烘箱1小時(shí)后取出冷卻至室溫后再測(cè)試，之后烘干溫度每次升高10℃，直至70℃為止。結(jié)果見圖5。

由圖5可知，隨著烘干溫度的提升，面料與水的平均接觸角也有所提升，這是由于在表面自由能的作用下，極性較高的疏水鏈段開始從包埋狀態(tài)向空氣界面遷移，這一遷移受到環(huán)境溫度影響，溫度越高遷移速率越快，在60℃烘干后平均接觸角達(dá)到140°，但隨著溫度再增加接觸角變化不再明顯，已經(jīng)達(dá)到了疏水鏈段遷移極限，增加溫度或烘干時(shí)間不能提高平均接觸角度數(shù)，無(wú)發(fā)達(dá)到洗前148°的主要原因是洗滌過(guò)程中附著在纖維表面的疏水層在長(zhǎng)時(shí)間機(jī)械作用力下會(huì)有部分脫落，破壞了疏水層的完整性。

4 結(jié)論

（1）無(wú)氟防水劑CWR-8GX在尼龍、滌綸面料上的洗后室內(nèi)晾干的最佳工藝條件為：80g/L用量，在110 ℃預(yù)烘 1 min，160℃焙烘 1 min。可以達(dá)到初始拒水5級(jí)，40次4N洗后室內(nèi)晾干（25℃×24h）拒水3級(jí)。

（2）無(wú)氟防水劑CWR-8GX是一種耐洗型防水劑，經(jīng)過(guò)整理后能在尼龍、滌綸纖維表面成膜，并有較好的附著力。洗后干燥條件對(duì)拒水性能影響很大，隨著干燥溫度的提高洗后拒水效果越好，使用家用洗烘一體機(jī)60℃烘干面料可以達(dá)到最優(yōu)的洗后拒水效果。

（3）影響洗后拒水效果的主要原因有：疏水層與纖維表面的附著力強(qiáng)弱以及干燥方式的不同，其中干燥方式主要受到干燥溫度影響，溫度越高在洗滌時(shí)被包埋的疏水鏈段越容易遷移到空氣界面中，從而達(dá)到更好的拒水性能。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]桂榮娜,易兵,嚴(yán)涌等.干燥方式對(duì)滌綸防水防油耐久性的影響[J].印染,2015,(20):37-39.

[4]耿耀宗,曹同玉.合成聚合物乳液制造與應(yīng)用技術(shù)[M].北京：輕工業(yè)出版社,1999.