基于泡沫整理技術的棉織物三防整理工藝與性能

摘 要：為提升棉織物的三防功能性且滿足綠色染整節能減排的需求，采用泡沫整理技術對棉織物進行三防整理。從三防整理劑質量濃度、帶液率、烘焙溫度、烘焙時間4個因素分別測試其對泡沫性能和整理效果的影響，并從功能性、物理機械性、服用性、耐洗性能以及整理均勻性5個方面與常規浸軋法進行對比。結果表明：棉織物最佳整理工藝為三防整理劑質量濃度60 g/L、帶液率50%、焙烘溫度130 ℃以及焙烘時間2.5 min；經過三防泡沫整理的棉織物水相接觸角155.3°，油相接觸角130.3°，沾污等級達5級；對比泡沫整理與傳統浸軋，泡沫整理的棉織物擁有更好的水相、油相接觸角，更強的力學性能，更加豐滿柔軟的手感；泡沫整理與傳統浸軋的耐水洗性能相差較小；三防泡沫整理棉織物的水相接觸角均方差為1.7，油相接觸角均方差為2.7，沾污等級均方差0.04，均小于傳統浸軋的水相均方差（1.9）、油相均方差（3.6）和沾污等級均方差（0.16），因此三防泡沫整理棉織物的均勻性更好。所研究的泡沫整理法為實現棉織物三防綠色生產提供了有效途徑。

關鍵詞：棉織物；三防；泡沫整理；后整理；織物性能

中圖分類號：TS186

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2025）02-0067-08

純棉機織物由天然棉纖維制成，具有生態、環保的特性，同時擁有柔軟的質地，良好的透氣透濕性，深受消費者喜愛^［1-2］。然而，棉纖維表面富含羥基，一旦遭受污漬沾染，此類纖維很難通過常規清洗方式達到完全潔凈的效果。經過三防（防水、防油、防沾污）處理的棉織物制成的服裝，具備抵抗日常生活中污漬侵害的能力^［3］。因此，深入研究純棉織物三防整理工藝具有重要的實用價值。

21世紀以來，隨著人們消費水平的提高，單一防水整理的產品已無法滿足高端市場的需求，而復合功能整理成為產品開發的新亮點，三防整理占據市場的比例逐漸提高^［4-5］。傳統三防整理劑一般采用C8三防整理劑，由于其中的全氟辛酸銨（PFOA）和全氟辛烷磺?；衔铮≒FOS）會對生物體產生毒性并且不易降解，已經逐漸被市場淘汰^［6-8］。含短氟碳鏈的三防整理劑（CnF2n+1， n≤6）與傳統C8整理劑相比，具有相對較低的生物累積性和對環境的破壞性，已經成為新型三防整理劑的研究方向之一^［9］。泡沫整理作為一種綠色有效的染整加工技術，具有低耗能、低給液、低焙烘^［10］的優點。由于泡沫含水量較少，可以通過改變泡沫施加力度調整帶液率，從而實現對棉機織物的三防處理^［11］，更能滿足染整加工生態發展的需要。

本文采用綠色泡沫整理技術對純棉織物進行三防整理工藝探究，選用C6三防劑進行三防泡沫整理，并通過測試整理織物的表觀形貌、防水、防油和防污性能，對整理劑濃度、帶液率、焙烘溫度和焙烘時間的影響進行探究，確定棉織物的最佳三防泡沫整理工藝，同時從功能性、物理機械性、服用性、耐洗性能以及整理均勻性5個方面與常規浸軋法進行對比，為高效綠色染整技術的發展提供一定參考意義，以期促進其在實際應用中的優化與發展。

1 實驗

1.1 原料與儀器

實驗材料：純棉織物（蘇州真質優品紡織新材料有限公司）；三防整理劑TEXNOLOGYFCB058（廣州聯莊科技有限公司）；十二烷基硫酸鈉（CP，國藥集團化學試劑有限公司）；羥乙基纖維素（AR，南京正宏生物科技有限公司）。

實驗儀器：接觸角測量儀（DSA25，德國克呂士公司）；電熱風干燥箱（GZX-9070MBE，上海博迅實業有限公司醫療設備廠），掃描電子顯微鏡（SU1510，日本日立公司）；預置式攪拌器（EUROSTAR 20，德國IKA公司）；電子織物強力機（YG（B）026H-250，溫州市大榮紡織儀器有限公司），白度儀（WSD-3，北京康光儀器有限公司）；織物懸垂性能測試儀（YG811E，寧波紡織儀器廠）。

1.2 純棉織物的整理工藝

采用泡沫整理法對純棉織物進行三防整理，其整理工藝流程示意如圖1所示。

1.2.1 泡沫整理液的制備

采用自制發泡裝置進行發泡。發泡劑十二烷基硫酸鈉的質量濃度為4 g/L，穩泡劑羥乙基纖維素的質量濃度為2 g/L，三防整理劑的質量濃度為40～80 g/L，利用0.1 mol/L的醋酸調節整理液pH至3～5，在室溫下設置預置式攪拌器的剪切速率為500 r/min，并對整理液進行攪拌發泡，攪拌時間為3 min。

1.2.2 泡沫整理工藝

將發泡完三防整理液中的泡沫輕輕傾倒于織物表面，用刮刀快速在表層均勻涂抹，并拂去溢出的多余泡沫，通過改變施加的力度來控制拂去泡沫的多少和泡沫滲入織物的深度，直至達到所需的帶液率。隨后迅速放入80 ℃的烘箱中預烘1 min，最后再將預烘后的棉織物置于不同溫度的烘箱內焙烘。

2 測試與表征

2.1 掃描電鏡（SEM）表征

分別將原樣、經泡沫整理的試樣、經浸軋整理的試樣以及水洗后的泡沫整理試樣置于導電膠帶上，并對表面進行噴金處理，用掃描電子顯微鏡觀察織物表面形貌。放大倍數均為2000倍，工作電壓為5 kV。

2.2 泡沫性能測試

2.2.1 泡沫半衰期

在測定泡沫高度的實驗中，當液體被完全排出時，立即啟動計時器，記錄泡沫體積減小至一半所需的時間，將此時間定義為泡沫半衰期。該過程完成時間盡量縮短，以減少溶液溫度變化對半衰期的影響。

2.2.2 發泡倍率

測量溶液完全發泡后泡沫體積（V2，mL），與原溶液體積（V1，mL）作比較，計算公式發泡倍率P如式（1）所示：

P/%=V2V1×100（1）

2.3 接觸角測試

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

2.4 防沾污測試

參考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》，采用液態污染物方法，選用醬油作為污染物。將試樣平整放置，并在其3個不同部位滴0.05 mL醬油，30 s后，以45°的角度觀察液滴在試樣表面的潤濕情況，并對于試樣耐醬油的沾污程度進行評級，沾污等級如表1所示。

2.5 白度測試

參考AATCC 110—2005《紡織品白度測試》，采用白度儀測試棉織物的白度，測量口徑為8 mm，采用Hunter白度值對織物的白度進行評估。對于每種試樣，在將其折疊至4層后，選擇4個不同部位進行測量，最終結果為這4個測量值的平均值。

2.6 懸垂性測試

參考GB/T 23329—2009《紡織品 織物懸垂性的測定》分別將原樣、泡沫整理法織物及常規浸軋法整理的織物裁剪成直徑24 cm的圓形樣本，置于操作臺上，采用壓蓋固定，使樣本以恒定轉速旋轉，記錄懸垂系數。每種試樣取2個位置進行測試，結果取平均值。

2.7 手感測試

參考FZ/T 01166—2022《紡織品 織物觸感檢測與評價方法 多指標集成法》，通過多位觀察者對棉織物擠壓、壓縮、彎曲、摩擦，對棉織物手感進行主觀判斷后取平均值。

2.8 物理機械性能測試

參考GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》，采用電子織物強力機對織物的斷裂強力、斷裂伸長率與斷裂時間分別進行測定。將棉布裁剪成寬度為5 cm的長條狀，利用夾鉗固定試樣的兩端，確保儀器兩個夾鉗的中心點位于拉力軸線上，同時使夾鉗的鉗口線與拉力線保持垂直。在規定條件下進行的經向拉伸試驗，試樣被拉斷記錄的最大力即為斷裂強力；在最大力的作用下產生的試樣伸長率為斷裂伸長率；試樣開始受力至斷裂所需之時間為斷裂時間。

2.9 耐水洗性能測試

依據AATCC61—2007《耐洗色牢度：加速》的1A測試標準，選取尺寸為50 mm×100 mm的試樣，將其浸入質量濃度為2 g/L皂洗液內，加入10顆鋼珠，40 ℃環境下進行45 min洗滌，視為完成1次洗滌。隨后，將試樣沖洗并于室溫下自然晾干^［12］。

3 結果與分析

3.1 掃描電鏡分析

對原樣、經過泡沫整理和浸軋整理后的棉織物以及水洗后泡沫整理的棉織物進行表觀形貌分析，結果如圖2所示。從圖2中可知，未經過三防整理的棉織物表面有明顯溝壑，且較為粗糙；經泡沫整理和浸軋整理后的棉織物表面溝壑減少，變得光滑，這說明三防整理劑在棉織物表面形成了一層平滑的含氟薄膜，棉織物得到了良好的三防整理；泡沫整理的棉織物經過水洗后，發現其表層的薄膜被破壞，出現凹坑和碎屑，因此三防整理效果產生一定下降。

3.2 三防整理劑質量濃度對泡沫性能及棉織物整理效果的影響

配置三防整理液，使發泡劑質量濃度為4 g/L，穩泡劑質量濃度為2 g/L，并控制帶液率50%，采用40～80 g/L的三防整理劑溶液在室溫下進行發泡，發泡機轉速為500 r/min，在130 ℃下焙烘3 min，三防整理劑濃度對整理液發泡性能的影響如圖3（a）所示，三防整理劑濃度對整理效果的影響如圖3（b）所示。

如圖3（a）所示，由于本文用的含氟三防整理劑屬于特種表面活性劑，當將其加入至溶液中，溶液的表面張力降低，發泡倍率增加，發泡性能變好。同時，隨著三防整理劑質量濃度的提升，破泡速率加快，泡沫半衰期降低，這是因為氟原子核對其核外電子以及成鍵電子云的束縛作用強，極化率低，分布比較勻稱，因此含氟的三防整理劑極性低，其氟碳鏈間相互作用力弱^［10］，使溶液黏度降低。黏度的降低，削弱了泡沫液膜的強度，膜內液體容易排出，泡沫穩定性下降，因此，三防整理劑質量應控制在60～70 g/L左右。

如圖3（b）所示，隨著三防整理劑質量濃度的提高，水相接觸角和油相接觸角逐漸增大，沾污等級也逐漸提高，棉織物的防水、防油、防污性能在三防整理劑質量濃度均為60 g/L時基本達到最佳，水相接觸角超過150°，油相接觸角達128.0°，沾污等級達到最高5級，繼續增加三防整理劑濃度，織物水相、油相接觸角以及沾污等級變化不大。這是由于初始階段整理劑用量不足，致使形成的氟碳薄膜無法全面覆蓋纖維，從而使得纖維表面分布的氟碳疏水鏈側基呈現出不均勻狀態，其三防性能相對較差；當整理劑的濃度達到一定值時，疏水薄膜能夠全面覆蓋纖維表面，繼續增加整理劑濃度，其三防性能不再變化^［11］。綜上可知，三防整理劑的最佳濃度為60 g/L。

3.3 帶液率對棉織物整理效果的影響

配置三防整理液，使發泡劑質量濃度為4 g/L，穩泡劑質量濃度為2 g/L，三防整理劑質量濃度為60 g/L，在130 ℃下焙烘3 min，轉速500 r/min，探究帶液率對泡沫三防整理效果的影響，結果如圖4所示。

圖4中織物的水相接觸角與油相接觸角隨著帶液率的提高而逐漸增加，在帶液率50%左右獲得比較良好的三防整理效果，繼續增大帶液率，水相接觸角反而略微下降，油相接觸角沒有明顯提升，這是因為織物整理效應達到最大值；帶液率的升高對于防污性能有一定提升作用，并在帶液率50%時達到5級，繼續提升帶液率，沾污等級維持最高等級不再變化。由上述可知，在發泡劑質量濃度為4 g/L，穩泡劑質量濃度為2 g/L，三防整理劑質量濃度為60 g/L，焙烘溫度為130 ℃，時間3 min，轉速500 r/min條件下，棉織物最佳帶液率為50%。

3.4 焙烘溫度對棉織物整理效果的影響

設置發泡劑質量濃度為4 g/L，穩泡劑質量濃度2 g/L，三防整理劑質量濃度為60 g/L，帶液率50%，轉速500 r/min條件下，對織物進行整理，在120～160 ℃的溫度條件下進行焙烘3 min，探究焙烘溫度對織物三防整理效果的影響，如圖5所示。

圖5中顯示在溫度為120 ℃時，溫度較低，織物和三防劑未完全交聯，防水防油效果較差；隨著焙烘溫度的提高，織物的水相接觸角與油相接觸角能均有所提高，當焙烘溫度到達130 ℃時，三防整理效果達到最好。若繼續升溫，織物整理效果提升并不顯著。這主要是由于隨著溫度的提高，纖維大分子鏈劇烈運動，更多三防整理劑分子擴散進入棉纖維非晶區^［10］，隨著整理劑與織物之間的交聯反應持續進行，二者之間成鍵結合更為緊密，從而使整理后的織物在防水、防油和防污方面的性能得以持續提升^［13］。如果焙烘溫度過高，棉纖維泛黃，手感明顯變粗糙，棉纖維損傷較大。由圖5可知，烘焙溫度為130 ℃時，棉織物三防整理效果最好。

3.5 焙烘時間對棉織物整理效果的影響

設置發泡劑質量濃度為4 g/L，穩泡劑質量濃度2 g/L，三防整理劑質量濃度為60 g/L，帶液率50%，轉速500 r/min條件下，對織物進行整理，在130 ℃的溫度條件下進行焙烘，探究焙烘時間對織物三防整理效果的影響，如圖6所示。

如圖6所示，隨著烘焙時間的增長，三防整理效果迅速上升，當焙烘時間到達2.5 min以后，整理效果基本到達最佳水平，再延長焙烘時間，三防整理效果無明顯增幅，這是因為焙烘時間過短，吸附在棉織物表面的整理液無法完全成膜，整理容易脫落，隨著反應時間的增加，整理劑與棉織物成膜更加充分。此時織物的水相接觸角為155.3°，油相接觸角為130.3°，防污等級為5級。

綜合考慮，單因素實驗后優化工藝條件為：發泡劑質量濃度4 g/L，穩泡劑質量濃度2 g/L，三防整理劑質量濃度60 g/L，帶液率50%，焙烘溫度130 ℃，焙烘時間2.5 min。

3.6 泡沫整理與常規浸軋織物性能比較

分別用泡沫整理和常規浸軋對棉織物進行整理。在常規浸軋整理的帶液率為70%的情況下，計算常規浸軋的織物所需整理劑的質量濃度約為43 g/L，以此保證兩種整理工藝下的織物單位面積上對三防整理劑擁有相同的吸附量，接著在130 ℃下焙烘5 min，對比分析兩種整理織物的功能性、物理機械性能、服用性能，結果如表2所示。

由表2可知，經過三防泡沫整理的棉織物水相接觸角達155.3°，油相接觸角為130.3°，沾污等級達5級，常規浸軋法整理的棉織物水相接觸角達154.1°，油相接觸角達129.0°，沾污等級達5級，與常規浸軋法整理的棉織物相比，三防整理效果相差不大，泡沫整理的三防性能略優于常規浸軋；兩種方法進行三防整理的棉織物，斷裂強度均有一定程度的降低，而泡沫整理的棉織物斷裂強力為514.5 N，高于傳統浸軋的斷裂強力477.7 N，而其斷裂伸長率為4.240%，斷裂時間為5.08 s，均小于傳統浸軋，實驗表明泡沫整理織物的物理機械性能要優于傳統浸軋織物。這是因為泡沫整理的織物帶液率低，相比于常規浸軋法整理的棉織物，可以一定程度上減少焙烘時間，從而減少力學性能的損失^［14］，由此可知，相比于常規浸軋，經過泡沫整理的棉織物具有更好的物理機械性能。與原布樣相比，經過泡沫整理、常規浸軋整理的棉織物白度均輕微下降，但仍有較高的白度值，兩種整理的棉織物布面光潔如初；經過兩種方式進行三防整理的棉織物懸垂因數都有一定程度的提高，面料變得更加挺括，這是因為三防整理劑與棉織物進行一定程度的交聯，使得棉纖維之間結合更加緊密，外力條件下，更難發生滑移，而泡沫整理的棉織物靜態、動態懸垂因數分別為53.56與62.14，均低于常規浸軋工藝整理的棉織物，這是因為泡沫整理工藝帶液率低，在棉織物表面形成一層三防整理劑薄膜，并未完全滲透入棉纖維內部，而常規浸軋法導致三防整理劑過度滲透，因此泡沫整理使棉織物具有更柔軟的效果。綜上可知，在功能性、物理機械性能與服用性能三方面，泡沫整理工藝的整理效果均優于常規浸軋工藝。

分別對經過最佳泡沫整理工藝后的棉織物和常規浸軋法整理的棉織物進行耐水洗性能測試，分別洗滌0、5、10、15次，測量其水相、油相接觸角以及沾污等級，結果如圖7所示。

由圖7可知，未經過水洗的泡沫整理織物水相接觸角為155.3°，油相接觸角為130.3°，沾污等級為5級，常規浸軋整理的織物水相接觸角為154.1°，油相接觸角為129.0°，沾污等級為5級，隨著水洗次數的增加，經過泡沫整理以及常規浸軋整理的棉織物的水相、油相接觸角以及沾污等級均有一定程度的降低；經過15次水洗后，經過泡沫整理的織物水相接觸角為119.4°，油相接觸角為105.2°，沾污等級為3級，15次水洗后的常規浸軋整理織物水相接觸角為112.3°，油相接觸角為107.9°，沾污等級為3.5級。實驗表明，經過整理的織物可以經受水洗10-15次，經過泡沫整理的棉織物與常規浸軋法整理的棉織物相比，耐水洗性能相差不大。

通過泡沫整理法與常規浸軋法整理的兩種棉織物進行水相、油相接觸角以及沾污等級均勻性對比，用均方差表征整理效果的均勻性，結果如圖8所示。

從圖8可以看出，泡沫整理織物水相、油相接觸角以及沾污等級方差分別為1.7、2.7、0.04，均小于常規浸軋法，泡沫整理法制備的三防性能棉織物均勻性更加優良，這是由于傳統工藝整理織物的帶液率大，烘干時間長，在烘干過程中更易泳移，造成織物吸附的整理劑均勻性有所降低^［14］，然而泡沫整理工藝在環保、節水以及能耗控制方面更具優勢。

4 結論

通過泡沫整理技術對棉織物進行三防整理，分別從三防整理劑質量濃度、帶液率、烘焙溫度、烘焙時間4個因素測試其對泡沫性能和整理效果的影響，并從功能性、物理機械性、服用性、耐洗性能以及整理均勻性5個方面與常規浸軋法進行對比，得出以下結論：

a）純棉織物的最佳整理工藝為發泡劑質量濃度4 g/L、穩泡劑質量濃度2 g/L、三防整理劑質量濃度60 g/L、帶液率50%、焙烘溫度130 ℃、焙烘時間2.5 min。

b）在最佳整理工藝條件下，整理的織物水相接觸角達155.3°，油相接觸角達130.3°，沾污等級達5級，具有良好的三防整理效果；對比傳統浸軋法與泡沫整理法，泡沫整理織物擁有更好的功能性、物理機械性能、服用性能，并且耐水洗性能相差較小。

c）經過泡沫整理的棉織物水相均方差、油相均方差與沾污等級均方差（1.7、2.7、0.04）均小于傳統浸軋（1.9、3.6、0.16），均勻性更好。

通過高節能、低給液的泡沫整理方式對純棉機織物進行三防整理，可以大幅減少化學品的使用量，降低對環境的污染，同時也能降低生產成本。本文通過優化設備設計和工藝參數，為功能性純棉織物的綠色可持續發展提供了有效途徑。

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Three-proof finishing process and performance of cotton fabrics based on

foam finishing technology

ZHAO" Yanan，" GE" Tiantian，" ZHANG" Yan，" ZHU" Bo，" ZHANG" Ning，" PAN" Ruru

（College of Textile Science and Engineering， Jiangnan University， Wuxi 214122， China）

Abstract：

In recent years， with the advancement of science and technology and the rise of environmental awareness， three-proof functional finishing， green dyeing and finishing， energy conservation and emission reduction of cotton fabrics have become the focus of the textile industry. Traditional finishing methods of cotton fabrics are difficult to meet the demand for fabric multifunctionality in modern society， while three-proof finishing can effectively solve this problem. Therefore， three-proof foam finishing of cotton fabrics has become one of the important methods of functional finishing of textile materials. This technology can not only prevent moisture penetration， but also resist oil and stains， meeting the modern demand for fabric composite multifunctional finishing. In the actual production process， foam finishing technology achieves green production with water conservation and energy consumption reduction by adjusting the force of foam application and changing the solution carrying rate of fabrics. However， traditional three-proof finishing agents such as C8-type contain toxic substances like perfluorooctanoic acid ammonium （PFOA） and perfluorooctane sulfonyl compounds （PFOS）， which pose a potential threat to the environment and human health. C6 three-proof finishing agents become a greener option because of their lower bioaccumulation and environmental damage. Experiments have shown that C6 three-proof finishing agents can improve the waterproof， oil-proof and stain-proof performance of cotton fabrics while reducing energy consumption and realizing green production.

In this paper， the foam finishing technology was used and the C6 three-proof finishing agent was selected to conduct three-proof finishing on pure cotton fabrics， and the optimal finishing process was determined by testing the apparent morphology， waterproof， oil-proof and stain-proof properties of the finished fabrics. The experimental results showed that the optimal process parameters were as follows： the mass concentration of the finishing agent was 60 g/L， the liquid carrying rate was 50%， the baking temperature was 130 ℃， and the baking time was 2.5 minutes; the cotton fabric after the three-proof foam finishing had a water contact angle of 155.3°， an oil contact angle of 130.3°， and achieved a staining grade of 5. It was found by comparing the traditional padding method and the foam finishing method that the foam-finished cotton fabric had better water-phase and oil-phase contact angles， higher breaking strength and breaking elongation， longer breaking time， fuller and softer handfeel and good drape， as well as smaller difference in washing resistance; in terms of the uniformity of finishing， the average variance of the water-phase contact angle of the three-proof foam-finished cotton fabrics was 1.7， that of the oil-phase contact angle was 2.7， and that of the staining grade was 0.04， all of which were smaller than those of the traditional padding method， which were 1.9 for the water contact angle， 3.6 for the oil contact angle， and 0.16 for the stain grade. This is because the higher liquid carrying rate of the conventional padding method is more prone to migrating， resulting in uneven finishing on the fabric surface. Therefore， the cotton fabric finished with the three-proof foam has better finishing uniformity.

This kind of high energy-saving， low liquid-supply finishing greatly reduces the use of chemicals， decreases environmental pollution and production costs， provides an effective way for the green and sustainable development of functional pure cotton fabrics， and has a broad application prospect. It is hoped that this finishing process can be more widely promoted and applied， and make greater contributions to the sustainable development of the textile industry.

Keywords：

cotton fabric; three-proof finishing; foam finishing; after-finishing; fabric properties