防污易去污消防服面料的設計與開發

摘 要：消防員在進行各類搶險救災、消防滅火任務過程中，經常被火場或救援現場中的各類水漬、固體污漬、油劑等物質污染，常規洗滌方式難以完全去除污漬，嚴重影響消防隊伍的整體形象和服裝的使用壽命。基于消防服面料在特種環境使用過程中沾染的各類污漬難以洗滌去除的問題，運用織物設計及后整理工藝改進提升的方法，研究設計開發出防污易去污消防服面料。根據試驗研究，防污易去污消防服面料在滿足XF10-2014標準要求的性能基礎上，增加了防污易去污功能，可以有效改善以往消防服容易沾污及污漬難以去除的問題。

關鍵詞：防污；易去污；消防服；面料設計

中圖分類號：TS941.7 文獻標識碼：A 文章編號：2095－414X（2023）04－0043－05

消防服是消防員執行搶險救災任務時穿著的重要防護裝備之一，在消滅火災、道路救援、地震地質災害救援、抗洪搶險、消除安全隱患等多種應急事故[1]救援場合，消防服常常被火場或救援現場中的各類水漬、固體污漬、油劑等物質污染，常規洗滌方式難以完全去除污漬，嚴重影響消防員的整體形象。“十四五”國家消防工作規劃明確提出要加強應急救援主力軍，不斷提升消防隊伍正規化、專業化、職業化水平，積極響應“全災種、大應急”綜合救援需要[2]。

由于消防員面臨的特種環境，消防服面料多采用阻燃類材料。其阻燃類面料可以通過兩種途徑制得：一是普通紡織品經過后阻燃整理制得；二是由本質阻燃纖維（如：芳綸類纖維）經紡織染整加工制得。隨著社會發展和科技水平的提升，我國逐步采用本質阻燃消防服面料來列裝隊伍，提升生命安全防護的可靠性。目前我國消防服面料多采用間位芳綸（芳綸1313）、對位芳綸（芳綸1414）、導電纖維等混紡制得，具有本質阻燃、高強、防撕裂等優異特性。而防污易去污性能的研究及應用主要集中在家紡類紡織品領域，以滌棉產品居多，在特種防護領域未涉及。因此，我們旨在開發一款防污易去污消防服面料，使得消防員在執行任務時不易沾染污漬，保證消防隊伍的整體形象，亦可提升消防服的穿著使用壽命。

1" 實驗部分

1.1" 實驗原理分析

消防員在進行搶險救援、滅火等作業時，主要接觸到的污漬有液體污漬（如污水、油）、固體污漬（如煙霧灰塵）、固液混合污漬（如混有滅火劑的油漬水漬）。

（1）消防服面料防污原理分析。液體類污漬主要表現為消防員在滅火過程中液體對消防服面料的潤濕、滲透或粘附，液體污漬的表面張力和消防服織物表面的臨界表面張力決定了其粘附鋪展性能，液體污漬與消防服面料間的結合力主要為分子間的范德華力或氫鍵。當液體污漬的表面張力高于織物的臨界表面張力[3]時，液體污漬不能在消防服表面鋪展。一般地，消防服外層面料均會進行拒水整理，面料不能被水浸潤，噴濺在面料上的水性污漬會自動抖落或被滾落。固體粒子類的沾污主要通過空氣流的沉積作用和靜電引力，一般地，纖維對微小粒子污物的吸附作用是由范德華力引起的，然而范德華力只能在很小的距離內有效，固體顆粒的沾污主要是粘附作用所引發的，主要通過降低污漬對織物纖維的粘著作用力來實現。因此，防液體類污漬的沾污可以通過拒水整理[4]實現，可使用脂肪長鏈化合物、有機硅化合物或碳氟烴基化合物[5]。對于油劑類污漬，需將織物表面的臨界表面張力降至油劑污漬的表面張力（脂肪烴油的表面張力為20～30mN/m）以下。含氟烴類整理劑能使纖維的臨界表面張力降低到15mN/m以下。

（2）消防服面料易去污原理分析。消防服面料的易去污性主要是增強對油性污漬或脂肪污漬與有機粒子污漬的混合污漬物的凈洗性。易去污整理可促進油污通過卷縮機理去除，可縮短凈洗的初始階段，而且可降低最后凈洗階段中織物上的含污量[6]。消防服面料易去污性能與水及凈洗劑向油污-纖維界面的擴散作用有關，易去污整理劑可促進水向織物及纖維束內部和油污-纖維的界面內擴散。當其界面和纖維表面被水化后，則可使油性污漬與纖維分離。當纖維表面用易去污整理劑涂層后，水可通過污垢下面的易去污整理劑擴散，并導致油污分離，如圖1所示。

（3）消防服面料防污易去污原理分析。消防服面料表面同時具有疏水基團和親水基團，使面料同時具有疏水性能和親水性能[7]。面料處在不同條件下時，所展現的性能不同。織物的親水在空氣保持干燥狀態中時，其親水性鏈段呈現卷曲狀態，具有低表面能的拒水拒油分子鏈段在織物上密集排列，使織物形成具有拒水、拒油性能的表面。而在水中時，親水基團由于水合作用而伸展開來，在織物表面上發生定向排列，改變了織物表面的界面張力，使得織物表現出親水性，具有了易去污性能。在織物烘干過程中，由于親水性鏈段脫水，含拒水拒油分子鏈段繼續占有織物的表面，織物重新獲得防污特性。如下圖2所示：

1.2" 織物設計

本文使用纖維組份分別為芳綸1313纖維（細度為1.67dtex，長度為51mm）、芳綸1414纖維（細度為1.67dtex，長度為51mm）、導電纖維（細度為2.78dtex，長度為51mm）93/5/2配比。所用紗線均為S捻向雙股紗，依據消防服面料標準要求，織物規格設計為（16.87tex×2）×（16.87tex×2） 經密（303根/10厘米）×緯密（248根/10厘米） 2/1斜紋，單位面積質量為（200±5）g/m2的芳綸消防服面料。其生產工藝流程為：纖維混配→紡紗→織造→前處理→后整理→成品，各項物理性能指標均滿足XF 10-2014《消防員搶險救援防護服裝》指標要求。

1.3" 實驗試劑與儀器

實驗試劑：防污整理劑FK-522NT（工業級，中國紡織科學研究院，北京中紡化工股份有限公司）、易去污整理劑DH-3025（工業級，廣東德美精細化工股份有限公司）、架橋劑DM-3918（工業級，廣東德美精細化工股份有限公司）、冰醋酸（化學純，天津市北方天醫化學試劑廠）、ECE標準洗滌劑98（實驗級，中紡標檢驗認證股份有限公司）、老抽醬油（高鹽稀態發酵醬油，食品級，佛山市海天調味食品股份有限公司）、花生油（食品級，以嶺健康科技有限公司）、炭黑（工業級，濟南德藍化工有限公司）、機油（10W-40，浙江殼牌化工石油有限公司）。

實驗儀器：均勻軋車（PR-0，廈門RAPID有限公司）、織物焙烘機（R-3，靖江華夏科技有限公司）、織物沾水性測試儀（YG813，常州第二紡織機械廠）、評定變色用灰色樣卡（GB/T 250，中紡標檢驗認證股份有限公司）。

1.4" 防污易去污整理工藝

通過控制單一因素變量展開試驗研究，探索影響消防服面料防污易去污性能的因素。防污易去污整理工藝所使用的試劑種類及用量分別為：防污整理劑（120g?L-1）、易去污整理劑（100g?L-1）、架橋劑（10g?L-1）、冰醋酸（5g?L-1）。工藝流程：一浸一軋（軋余率70%）→預烘（100～130℃，1～3min）→焙烘（170～200℃，1～3min）。

1.5" 性能指標測試

面料防水性能按照GBT 4745-2012《紡織品 防水性能的檢測和評價沾水法》測試評定。面料防污性能按照GB/T 30159.1-2013《紡織品防污性能的檢測和評價第1部分：耐沾污性》測試評定。面料易去污性能按照FZ/T 01118-2012《紡織品防污性能的檢測和評價易去污性》測試評定。

2" 結果與討論

2.1" 防污整理劑用量對面料整理效果的影響

整理效果的好壞與整理劑用量存在直接關系，防污整理劑中的CF3基團的表面張力（6mN/m）遠遠小于水的表面張力（72.8mN/m）以及比較常見的油類表面張力（20-30mN/m），為探究防污整理劑的最佳整理效果，調節防污整理劑用量在0～140g?L-1，不添加易去污整理劑，測定面料防水性能及防污性能。

結果如圖3所示，隨著防污整理劑濃度的增加，面料的防水性能和防污性能都隨之提高。當防污整理劑的濃度達到100g?L-1后，面料的沾污等級基本穩定在4-5級，說明此時的防污性能良好，且防污性不再上升。面料的沾水等級在防污整理劑濃度達到100g?L-1后，達到3級，有較好的防水效果。綜合面料的防水性能和防污性能，將防污整理劑的用量控制在100g?L-1。

2.2" 易去污整理劑用量對面料整理效果的影響

消防服面料所采用的纖維材料大部分屬于疏水纖維，一旦沾上油漬（如食用油）及其他液體污漬后，這些污垢在常規的家庭洗滌條件下不容易徹底去除，嚴重影響了服裝的使用性能和穿著美觀。經過易去污整理后的織物通常具有優異的親水性，織物上存在的污垢在洗滌過程中極易脫落，同時污漬在洗滌時回到織物上的可能性較小。為探究易去污整理劑的最佳整理效果，調節易去污整理劑用量在0～140g?L-1，不添加防污整理劑，測定面料防水性能及易去污性能。

如圖4所示，隨著易去污整理劑濃度的增加，面料的易去污性能基本呈現上升的趨勢，但是面料的防水性能整體呈現下降的趨勢。原因是易去污整理劑中含有親水性基團，當濃度達到一定量時會直接影響面料的防水效果。綜合考慮面料的防水效果、易去污性能及成本問題，將易去污整理劑的用量控制在90～100g?L-1。

2.3" 架橋劑用量對面料整理效果的影響

架橋劑又稱為交聯劑，是一種整理劑與織物之間的橋梁，當架橋劑作為一種末端基封閉型異氰酸酯類交聯劑，其反應性基團與整理劑發生反應，在纖維上形成三維網狀結構[8]，可以有助于纖維表面聚合膜的柔韌性、抗機械性和耐洗滌性，提高織物整理后的功能耐久性。基團含量的降低，使織物的耐洗滌性能顯著提升。為探究架橋劑的最佳整理效果，控制防污整理劑用量為100g?L-1，易去污整理劑用量為90g?L-1，調節架橋劑用量在5～20g?L-1，測定面料防污性能及易去污性能。

依據圖5得知，隨著架橋劑濃度的上升，面料的防污性能呈先上升后下降再上升的趨勢，面料的易去污性能均呈現先下降后上升的趨勢，整體隨著架橋劑用量的增加呈上升趨勢。說明架橋劑在防污整理劑、易去污整理劑和芳綸面料之間形成了三維網狀結構，使助劑更好地固著在面料上。但是隨著架橋劑濃度的上升，面料的手感逐漸發硬。所以，綜合考慮面料的手感及成本，將架橋劑的用量控制在10g?L-1。

2.4" pH值對面料整理效果的影響

溶液pH值的大小對反應基團的水解電解有重要的影響，這是一個動態平衡的過程。為探究pH值的最佳整理效果，控制防污整理劑用量為100g?L-1，易去污整理劑用量為90g?L-1，架橋劑用量為10g?L-1，調節pH值為3～9，測定面料防污性能及易去污性能。

由圖6可知，當pH值為3-4時，芳綸面料的防污性能為3級左右，易去污性能也為3級左右，但是當pH值偏向弱酸性時，芳綸面料的防污性能達到了4-5級，易去污性能也達到了4-5級。而當pH值為弱堿性時，雖然面料的易去污性能可以達到3-4級，但是面料的防污性能不佳。究其原因，當pH值較小時，整理助劑的乳液體系為了維持穩定，整理劑會聚集成更大的微粒，而大微粒分子在纖維上的擴散性及滲透性都很差，所以面料防污性能及易去污性能都不是很好。在堿性條件下，由于此次所使用的助劑為全氟碳聚合物，pH值適用范圍為3.5～6.5左右。綜上所述，將pH值控制在6左右。

2.5" 預烘溫度對面料整理效果的影響

整理效果在一定程度上受預烘溫度的影響，當溫度≥100℃時，水分的蒸發速度很快，可導致織物內部整理劑隨水分蒸發，較快地向織物表面移動，從而發生泳移現象。為探究預烘溫度的最佳整理效果，控制防污整理劑用量為100g?L-1，易去污整理劑用量為90g?L-1，架橋劑用量為10g?L-1，pH值為6，調節預烘溫度為100～130℃，測定面料防污性能及易去污性能。

由圖7可知，當預烘溫度從100℃升高到110攝氏度時，面料的防污性能和易去污性能都明顯升高，而當預烘溫度繼續上升的時候，防污性及易去污性能有下降的趨勢。這是由于一開始預烘溫度上升的時候，纖維快速干燥，纖維之間的空隙變大，這時候防污整理劑、易去污整理劑等迅速進入纖維空隙，所以面料的防污性能及易去污性能明顯升高。然而當溫度繼續上升時，防污及易去污助劑會隨著水分的蒸發流向纖維表面，面料的耐洗性就會下降，導致面料的易去污性能下降。綜上所述，將預烘溫度控制在110℃最佳。

2.6" 焙烘溫度對面料整理效果的影響

烘焙是纖維內部吸收的整理劑和纖維表面吸附的整理劑與纖維發生化學結合的重要階段。為探究焙烘溫度的最佳整理效果，控制防污整理劑用量為100g?L-1，易去污整理劑用量為90g?L-1，架橋劑用量為10g?L-1，pH值為6，預烘溫度為110℃，調節焙烘溫度為170～200℃，測定面料防污性能及易去污性能。

由圖8可知，隨著焙烘溫度從170℃逐步升高到190℃，芳綸面料的防污性能及易去污性能逐漸提高，而繼續升高焙烘溫度至200℃，防污性能及易去污性能有下降趨勢。究其原因，焙烘是將一開始纖維內部吸收的整理助劑和纖維表面吸附的整理助劑充分地與纖維進行化學結合，隨著焙烘溫度的升高，一方面可以使纖維內部更快地達到化學結合所需的溫度，使纖維內部預烘階段未反應的整理助劑與纖維進行很好的結合，而且還加速了整理助劑在纖維內部的擴散，所以面料的防污性能及易去污性能均有所提高。但繼續升高焙烘溫度，面料的防污性能有所下降，原因是焙烘溫度過高，導致整理助劑化學結構被破壞，所以防污性能下降。綜上所述，將焙烘溫度控制在190℃效果最好。

3" 結論

防污易去污消防服面料的設計與開發有助于降低消防服在特種環境下各類水漬、固體污漬、油劑等物質的沾污，對實際穿著使用意義重大。根據單一變量因素的試驗研究，得到以下結論：（1）在消防服試驗過程中，各因素對整理效果的影響程度為整理液pH值＞整理劑濃度＞軋液率。整理液的pH值（pH=6）在弱酸環境下效果較好。（2）綜合面料的防污和防水性能，將防污整理劑濃度控制在100g/L、易去污整理劑濃度控制在90～100g/L時效果最佳。（3）交聯劑的加入可顯著提升防污易去污整理的耐洗滌性，但不宜過多，會使其在纖維表面發生自交聯反應不利于變為親水性，因此用量控制在10g/L效果最佳，軋液率為80%，預烘溫度110℃、烘焙溫度190℃時效果最佳。經上述實驗

驗證，織物在干態條件下具備防油拒水、耐液態、固態沾污的性能，在濕態條件下樣品具備良好的易去污效果，色差級數均為3-4級及以上。

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Design and Development of Anti-fouling and Easy-to-decontaminate

Fire-fighting Clothing Fabrics

LI Li， ZHAO Lei， TIAN Huan-rong， HOU Lin， LIU Lin

（Shanxi Textile Science Institute， Xian Shanxi 710038， China）

Abstract： In the process of various rescue and disaster relief and fire fighting tasks， firefighters are often polluted by various water stains， solid stains， oils and other substances in the fire site or the rescue site. Routine washing method is difficult to completely remove stains， which seriously affects the overall image of the fire team and the service life of the clothing. Based on the problem that all kinds of stains stained in the use of fire clothing fabric in the special environment， using the method of fabric design and finishing process， the anti-pollution and decontamination fire clothing fabric was designed and developed. According to the experimental study， the fabric of the anti-pollution decontamination fire clothing is added to meet the performance requirements of XF 10-2014 standard， which effectively improves the previous fire clothing is easy to stain and difficult to remove stains.

Key words： Anti-fouling; Easy Decontamination; Firefighting Clothing; Fabric Design

（責任編輯：周莉）