織物防水噴霧防水防油性能的研究

雷 敏 聶姍姍 于 文

（西安開米股份有限公司，陜西 西安， 710075）

隨著科技的發展和人們生活水平的提高，越來越多的功能性織物應運而生，其中防水織物占據重要地位，主要應用于沖鋒衣褲、戶外服裝、餐桌布、布藝沙發以及地毯[1]等。但該類織物在實際使用和洗滌過程中，由于外界作用力的影響，織物表層的防水拒油的效果會慢慢地減弱甚至消失[2]，此時需要使用防水劑對其進行修復整理，恢復防水效果。

使用防水劑可以在織物纖維表面形成一層保護膜，讓水、油等液體在織物表面形成圓球，無法滲透入纖維[3]，減少不易水洗的衣物被污染的機會，減少干洗次數，延長衣物使用壽命。目前，常用的防水整理劑主要分為氟碳類有機聚合物和有機無氟類聚合物[4]。盡管氟碳類防水劑具有優秀的拒水防油效果，但含有PFOS、PFOA或其衍生物，對人體健康存在潛在危害，生物降解性差，環保安全性差，加之其對織物手感也有影響[5,6]。相比之下，對人體和環境安全的無氟類防水劑則是新的研究熱點，更易被消費者接受。

1 試驗部分

1.1 主要試劑與儀器

F-522（工業級，東莞市科峰紡織助劑實業公司），PHOBOL?RSH（工業級，希勛（上海）紡織品科技有限公司），Texnology?FCB046、Texnology?638、Texnology?336（均為工業級，廣州聯莊科技有限公司），ANFONE?RH-4009、ANFONE?RH-2977（均為工業級，盈豐達紡織助劑實業有限公司），乙醇、乙二醇、1,2-丙二醇（均為工業級，天津中和盛泰化工有限公司），二丙二醇丁醚（工業級，陶氏公司），冰乙酸（分析純，重慶北碚精細化工廠），去離子水（自制），自來水，食用辣椒油，可樂，橙汁，紅茶，紅酒。

織物沾水度測定儀（Y（B）813型，溫州市大榮紡織儀器有限公司），塑料噴霧瓶（50mL），塑料滴管（5mL），吹風機（FH6232，飛科），烘箱（101C-1型，北京科偉永鑫實驗儀器設備廠），白色餐用紙巾（清風，188mm×152mm），白色純棉布片（普通，15cm×7cm），白色聚酯布片（普通，15cm×7cm）。

1.2 防潑水噴霧配制

用冰乙酸配制pH值5.0～6.0的水溶液，加入醇溶劑（乙醇、乙二醇、1,2-丙二醇、二丙二醇丁醚），攪勻后，加入防潑水組分（F-522、PHOBOL?RSH、Texnology?FCB046、Texnology?638、ANFONE?RH-4009、ANFONE?RH-2977），緩慢攪勻，再滴加交聯劑（Texnology?336），緩慢攪勻即可。

1.3 性能表征

1.3.1 防水性能

模擬法：選取大小材質相同的白色餐用棉紙巾，一分為二，備用（一半滴水，另一半滴油）。需要空白對照。水中加入水溶性明蘭色素，增強可觀察性。待測試樣裝入50mL塑料噴霧瓶內，備用。

紙巾（或布片）平鋪在實驗臺上并做好標記；用待測試樣距離紙巾（或布片）10～15cm進行均勻噴涂（須提前在水槽中按壓噴頭，待噴霧均勻后再使用），待紙巾（或布片）浸濕，靜置約10min；后用吹風機熱風檔吹干紙巾（或布片），晾置約1h。用滴管距離紙巾（或布片）10cm處滴水，觀察并記錄紙巾（或布片）表面上水的狀態并拍照。

標準法：平鋪布片，做好標記，進行人工噴霧，均勻浸濕后，靜置約10min后進行高溫（110～130℃）烘干，后在室溫下老化約2h。參照AATCC 22-2005《紡織品拒水性測試：噴淋法》中步驟進行，對照評級。

1.3.2 防油性能

模擬法：試驗過程同（1）中所示。采用辣椒油，顏色為鮮明的橙紅色，有利于觀察對比。

標準法：布片處理工藝同（1）中所示。參照AATCC 118中步驟進行，對照評級。

1.3.3 對實際污漬的防拒性能

白色餐用紙巾一分為四，考察它對橙汁、可樂、紅茶、紅酒的防拒性。

布片分別采用了常見的純棉布和聚酯布，劃分為5cm*7cm，考察其對水、油、酒的防拒性。

2 結果與討論

根據1.2中所述方法，配制了一系列防潑水噴霧，具體組成如表1示。

表1 不同配方的防潑水噴霧

2.1 醇溶劑對防水防油性的影響

選用a、b、c、d四組試樣處理棉紙巾，熱風吹干后，分區域滴加水、油，具體結果示于圖1。

觀察表1中a、b、c、d四組配方，都是采用無氟防水組分和醇溶劑復配而成，但是醇溶劑的種類不同。結合圖1可以看到：四組配方不具備防油性。另外，觀察a、b、c、d處理過的紙巾表面的水滴狀態，a的防水性最好，b的防水性最差。因此，選擇配方a為基準配方，進行后續樣品的配制。

圖1 試樣a、b、c、d及空白處理過的棉紙巾上的水滴、油滴狀態

2.2 無氟配方的防水防油性能考察

選擇三種無氟配方a、e、f，分別處理棉紙巾，熱風吹干后，分區域滴加水、油，具體測試結果見圖2、圖3。其中，o為單純棉紙巾，未經任何處理。

圖2 試樣a、e、f處理過的棉紙巾上的水滴狀態，o為空白

圖3 試樣a、e、f處理過的棉紙巾上的油滴狀態，o為空白

觀察表1中a、e、f三組配方，采用了種類不同的無氟防水組分和相同的醇溶劑復配而成。由圖2可明顯觀察到：與未經處理紙巾比較，經過處理的紙巾表面具有一定的防潑水性，其中a的防水性能最佳，f次之，e的防水性能最差。由圖3可以看到：三組無氟配方的防油性能都不好，其中f處理后的紙巾上的油滴狀態好于a和e。所以，選擇試樣a和f作為對比進行后續的實驗。

2.3 含氟配方的防水防油性能考察

選取了三組氟碳防水劑配方g、k、m，分別處理棉紙巾，熱風吹干后，分區域滴加水、油，具體測試結果如圖4、圖5所示。其中，o為單一棉紙巾，未經任何處理。

圖4 試樣g、k、m處理過的棉紙巾上的水滴狀態，o為空白

觀察表1中g、k、m三組配方，采用了種類不同的氟碳防水組分和相同的醇溶劑復配而成。從圖4、圖5中可以看到：相比未處理的紙巾，經過g、k、m處理的紙巾具有明顯的防水防油效果，其中g的防水防油性能最優，k的較佳，m的最差。因此，選擇試樣g和k進行后續的對比試驗。另外，通過對比可以發現采用氟碳防水組分配方的拒水防油性能明顯優于無氟配方的。

2.4 市售品的防水防油性能考察

通過對國內外市售品的查找，發現國內該類產品基本屬于氣溶膠噴霧型，采用金屬罐裝瓶，填充易燃易爆的拋射劑，含有揮發性有機溶劑，產品環保性以及安全性不高，不宜于攜帶和存儲，因此，篩選了三個知名的國外品牌進行。這三種國外市售品均采用泵頭式水基噴霧，宣稱原料環保性高，無揮發性有機溶劑，使用安全方便。

采用市售品p、q、t分別處理棉紙巾，熱風吹干后，分區域滴加水、油，具體測試結果見圖6、圖7示。其中，o為單一棉紙巾，未經任何處理。

通過表1中的說明可知，市售品p中含有氟碳防水組分，市售品q和t采用無氟防水劑配制。對圖6、7進行觀察，可以看出：市售品p具有防水防油性，且明顯優于q和t，市售品t僅具有防水性，市售品q無防水防油性。因此，選擇含氟市售品p和無氟市售品t進行后續考察試驗。

圖5 試樣g、k、m處理過的棉紙巾上的油滴狀態，o為空白

圖6 市售品p、q、t處理的棉紙巾上的水滴狀態，o為空白

圖7 市售品p、q、t處理的棉紙巾上的油滴狀態，o為空白

2.5 無氟及含氟配方拒水性污漬的考察

依照之前試驗結果，選用無氟試樣a、f、t和含氟試樣g、k、p分別處理棉紙巾，熱風吹干后，將圖8中水性污漬按照序號一一對應滴加到紙巾相應的區域，具體測試結果如圖9、圖10所示。其中，o為單一棉紙巾，未經任何處理。

圖8 四種水性污漬：1-橙汁、2-可樂、3-茶水、4-紅酒

圖9 試樣a、f與市售品t處理的棉紙巾上的水性污漬狀態，o為空白

圖10 試樣g、k與市售品p處理的棉紙巾上的水性污漬狀態，o為空白

觀察圖9、10能看到：與未處理紙巾相比，經過處理的紙巾對實際水性污漬具有抵御性。從圖9中可以觀察到：試樣a和t抵御四種水性污漬的能力優于f，特別是對茶水和紅酒的防拒能力表現得更優越；自制配方a和市售品t對四種水性污漬的抵御能力相差不大，具體而言，對橙汁、可樂、茶水的防拒性能均優于對紅酒的。觀察圖10可以發現：試樣g和p對四種水性污漬的防拒能力明顯優于k；自制配方g和市售品p對四種水性污漬的抵御能力相近。另外，含氟試樣g和p對紅酒的抵御性比無氟試樣a和t的強，對其他三種水性污漬的防拒能力未表現出可視化的差異。

2.6 無氟配方在布料上防污性能的考察

將無氟試樣a、f、t應用在實際的純棉布和聚酯布上，熱風吹干后，從上至下依次分區域滴加水、辣椒油、紅酒，探究布料表面抵御污漬的效果。結果如圖11、圖12所示。

由圖11、圖12中可以看出：三組無氟試樣處理的棉布、聚酯布對辣椒油均沒有防拒性。試樣f處理的棉布有防水性和較弱的防紅酒性，聚酯布上則沒有任何防御性表現。試樣a和t處理的棉布、聚酯布上均表現出良好的防水、防紅酒性，而且在聚酯布上效果更好。所以使用自制的無氟配方a處理布片，能賦予布料表面良好的防水性能，與國外市售品t的效果相當。

圖11 試樣a、f與市售品t處理的棉布上的污漬狀態

圖12 試樣a、f與市售品t處理的聚酯布上的污漬狀態

2.7 含氟配方在布料上防污性能的考察

用試樣g、k、p噴霧處理純棉布和聚酯布，熱風吹干后，從上至下依次分區域滴加水、辣椒油、紅酒，探究布料表面抵御污漬的效果，見圖13、圖14示。

觀察圖13、圖14可以發現：三種含氟試樣處理的棉布、聚酯布均表現了拒油防紅酒性能。試樣k處理的棉布上的防水性弱，聚酯布上不能防水，拒油性弱于其他兩組試樣，防紅酒性相差不大。試樣g和p處理過的棉布、聚酯布上有良好的防水、拒油、防紅酒性能，二者效果相當。因此，使用自制的含氟配方g處理布片，可以使布料表面具有良好的防水拒油功效。

2.8 優選試樣的防水防油測試結果

參照之前的模擬對比試驗結果，優選配方為無氟的試樣a和含氟的試樣g。再結合1.3中敘述的標準測試方法，與國外市售品進行測試比較，詳細結果列于表2中。

圖13 試樣g、k與市售品p處理的棉布上的污漬狀態

圖14 試樣g、k與市售品p處理的聚酯布上的污漬狀態

表2 自制試樣與市售品的拒水防油測試結果

由表2中可以發現：含氟試樣的防水拒油性能良好，g在棉布上的防水性優于p，拒油性相同；前者在聚酯布上的拒油性稍優，防水性一樣。另外，國外市售品p的噴霧刺鼻，布料吹干后仍有明顯異味，相比而言，自制試樣g的氣味不大，不會造成不適感。無氟試樣僅有拒水性，無防油效果；a在棉布和聚酯布上的防水效果與t相當，明顯優于q；自制試樣a的氣味比國外市售品t的緩和，使用舒適度更好。

3 結論

（1）本研究報道的無氟防水劑整理織物后，可賦予棉和滌綸織物良好的防水性能。與市售的無氟產品相比，氣味更緩和，使用時舒適度更好。

（2）本研究優化的含氟防水劑，對棉和滌綸織物整理后可實現其良好的拒水防油性能。與市售的水基型含氟產品相比，不含有害揮發性有機化合物（VOCs），無刺激性氣味，不對使用者造成不適感。

（3）盡管目前無氟防水劑的拒水防油功效還不能與氟碳類拒水防油產品相提并論，但是相比于氟系防水劑，無氟防水劑不含氟利昂，不含生物降解性差的全氟辛酸銨、全氟辛烷磺酰基化合物，不易在生物體內沉積，在環保方面更具優勢，符合可持續發展的理念。