吸濕涼爽功能性紡織品的研究與開發

東華大學化學化工與生物工程學院，上海 201620

隨著生活水平的提高，人們對運動、健身的熱情不斷增長，使得眾多運動面料研發企業和服裝生產企業看到了運動服飾制造領域巨大的發展空間。

吸濕涼爽包括三個方面：“吸濕”就是纖維從氣態環境中吸收水分；“涼”就是降溫涼快；“爽”就是干爽、快速排汗。由于汗液干燥需要氣化熱，這就抑制了體溫的上升。也就是說，當人體所產生的汗液能很快地發散、氣化，與皮膚相接觸的布料部分是干爽的，穿著者就有涼爽的感覺[1]。然而，目前針對吸濕排汗、涼爽類綜合功能性紡織品的研究還不夠深入，尚存在各種問題急需解決，例如耐久性不佳，成本較高，對設備、工藝條件、生產環境要求較高等，這些問題制約了功能性紡織品的發展。本文研發了一種兼具吸濕排汗以及涼爽的功能性紡織品，它具有良好的吸濕排汗以及隔熱涼爽性能。從纖維原料、織物結構以及后整理三方面進行研究，討論其對紡織品功能性的影響，在纖維原料的選取、織物特殊結構的編織以及簡便的后整理等工序方面進行改造、創新，大大提升了服裝服飾成品的耐久性以及服用性能，成本也較為低廉，對于功能性紡織品的產業化開發具有一定的參考價值。

目前已有人對面料以及纖維的涼爽化改性進行了研究，例如Sophista纖維[2]以及涼爽錦綸纖維[3-5]等，但研究成果還比較少，整理劑方面的研究更少，因此在吸濕涼爽功能性紡織品方面還有許多需要探索的領域。本文主要探討聚酯、聚醚類親水整理劑的整理效果。

1 試驗

1.1 試驗材料及儀器設備

纖維原料：甲殼素纖維，細旦滌綸，超細滌綸，滌綸變形絲。

試劑：去離子水，十二烷基硫酸鈉(SDS)，FS親水整理劑，鈦酸酯偶聯劑。

試驗儀器及設備：雙面針織大圓機，紗線捻度儀，恒溫磁力攪拌器，超聲波振蕩器，高溫高壓染色機。

1.2 試驗原理

1.2.1 纖維原料及編織結構

本文制備的復合功能性多層面料由天然纖維以及疏水性異形截面纖維編織而成。內層甲殼素纖維本身具有綠色環保、抗菌除臭的特點，并具有一定的親水性，能彌補疏水性纖維接觸皮膚產生靜電的缺陷，還具有良好的吸濕導濕性能。采用抽針的方法使織物內層的結構形成一個個的“溝道”，從而在織物表面形成一條條細微的導濕排汗通道，有利于皮表汗液因毛細芯吸效應迅速導出。中層細旦滌綸或超細滌綸是疏水性纖維，其具有四管道異形截面結構，表面也存在較多的毛細管，纖維間可以產生毛細效應。通過特殊的結構設計，以高密度點網狀的方式連接面料的內層和外層，為汗水的傳輸提供通道，從而賦予織物優異的導濕性能。外層滌綸變形絲由于其本身的結構特點而具有優異的散濕性能，能夠將內層和中間層纖維中的水分吸收并散發至周圍環境中，使得衣物和人體之間保持干爽狀態。另外，織物的內、中、外三層各有其特殊的結構特點，由于針織物的集圈結構，可以使織物表面與人體皮膚呈點、線式接觸，能為紡織面料的吸濕排汗提供較好的傳輸通道，加速汗液蒸發，吸濕速干，使得人與衣物之間的微氣候環境處于健康舒適狀態[6]。

1.2.2 后整理

選取ZnO納米分散液對織物進行處理，同時加入一定的分散劑、親水劑等助劑，使得ZnO納米粉體能夠較好地吸附于織物表面。ZnO納米粉體可使織物具有一定的抗紫外、遠紅外光反射、吸濕等性能，對光線有一定的屏蔽作用，具有一定的隔熱涼爽效果[7-10]。分散劑SDS能使納米ZnO的表面張力大大降低，有效地減弱ZnO納米粉體的聚集，提升了納米粉體在溶液中的分散穩定性[11-13]。非離子型親水整理劑FS與陰離子型分散劑SDS的混合整理有較好的復配效果，可提高納米織物的功能耐久性[14-15]。超聲分散通過大幅弱化納米粒子間的納米作用能，有效地防止粒子團聚而使其充分分散。

1.3 試驗方法

1.3.1 織物編織

選用甲殼素纖維、細旦滌綸、超細滌綸、滌綸變形絲等纖維原料，采用編織機進行編織，織成三層結構織物。內層為網眼組織結構，并采用抽針的方法使織物內層的結構形成一個個的“溝道”，從而形成密集的微細排汗管道；中層以高密度點網狀的方式連接面料的內層和外層，為汗水的傳輸提供通道；外層則編織成密集型的平針組織結構。

1.3.2 后整理

(1) 復配整理劑的制備。首先配制不同質量分數的ZnO分散液。取一定量的去離子水，稱取適量ZnO納米粉體，加入去離子水，同時加入0.8% 質量分數的SDS分散劑，采用磁力攪拌器攪拌0.5 h，超聲處理1.0 h。然后按照n(SDS)∶n(FS)=1∶1，往分散液中緩緩加入親水整理劑FS，調節分散液的pH值為9～11，再對分散液體系進行磁力攪拌0.5 h，室溫超聲處理1.0 h，即得最終整理劑。

(2) 整理工藝。將配制好的ZnO納米分散液置于高溫高壓染色機的反應釜中，然后放入所編織的織物，再加入適量的偶聯劑。開啟高溫高壓染色機，先以2.2 ℃/min的升溫速率升到80 ℃，在此溫度條件下保溫處理15 min，再以2.2 ℃/min的升溫速率升到100 ℃，在此溫度條件下再次恒溫處理15 min。處理完畢后，用去離子水將面料沖洗3次，最后在105 ℃的烘箱中烘干，即得最終樣品。

1.4 織物性能測試

1.4.1 吸濕性

織物毛細效應按照FZ/T 01071—1999《紡織品毛細效應試驗方法》測試，毛細效應越大表示織物的親水性越好。

1.4.2 快干性

織物快干性按照GB/T 21655.1—2008《紡織品 吸濕速干性的評定 第1部分：單項組合試驗法》測試，蒸發速率越快表示織物的快干性越好。

2 結果與討論

2.1 吸濕性

織物的吸濕性測試結果如表1所示。

表1 織物吸濕性測試數據

由表1可知：隨著織物中親水整理劑FS的增加，織物的毛細效應逐漸增加，即織物具有較好的親水性能；當n(SDS)∶n(FS)=1∶1時，織物的吸濕性能提升較大，原因是親水整理劑FS為非離子型表面活性劑，與陰離子型分散劑SDS混合使用時能提高織物的整理效果。

2.2 快干性

織物的快干性測試結果如表2所示。

表2 織物快干性測試數據

由表2可知，隨著親水整理劑FS的增加，織物的快干性有所提升，一方面是因為隨著FS的增加，織物的吸濕性能有所提高；另一方面是由于所編織織物結構的特殊性，使得織物具有較好的排汗、導濕性能，故織物的快干性能有所提升。當n(SDS)∶n(FS)=1∶1時，織物的快干性能有所提升。

2.3 織物內外表面溫差

織物的內外表面溫度測試結果如表3所示。

表3 織物內外表面溫度測試數據

由表3可知：隨著分散液中ZnO質量分數的增加，織物內外表面的溫差增大，說明其具有一定的隔熱效果，這是因為ZnO納米粉體具有一定的抗紫外、遠紅外光反射等功能，其可對織物進行“涼爽化”整理[16]；隨著SDS質量分數的增加，織物隔熱效果提高，這是因為SDS能提高ZnO納米粉體的分散穩定性，從而提高織物的整理效果。

3 結論

(1) 隨著親水整理劑FS質量分數的增加，毛細效應增大，織物的吸濕性有所提升。

(2) 隨著ZnO質量分數的增加，織物的內外表面溫差增大，織物的“涼爽化”效果有所提升。

(3) 當n(SDS)∶n(FS)=1∶1時，織物的綜合整理效果顯著提高，服用性能較佳。