文章编号 | 1009-265X(2020)02-0065-05
来源 | 《现代纺织技术》2020年第2期
作者 | 魏宇晖a，李秋颖a，宋凯利a,b，余志成a,b
(浙江理工大学，a.生态染整技术教育部工程研究中心；b.先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室，杭州 310018)
作者简介 | 魏宇晖(1994-)，男，福建三明人，硕士研究生，主要从事纺织化学与染整工程方面的研究。
关键词 锦纶织物；无氟防水剂；异面整理；涂层整理
近年来，各类户外运动已成为一种时尚。锦纶纤维具有柔软、耐磨、弹性好等诸多优点，十分适合制作运动服饰，如泳衣裤、袜子、户外运动服、冲锋衣、登山服等，帮助人们在不同的场合发挥不同的服用功能。
在进行跑步、球类等一系列较为剧烈的运动时，人体会产生大量的汗液，锦纶纤维分子中虽然有亲水性酰胺基，但其吸湿率在标准状态下也仅为4.5%左右，运动服装若不能迅速将皮肤表面的汗液排出到外表面并快速蒸发，人体的皮肤会被汗水覆盖，人体感觉闷热不适。
目前，关于差动毛细效应改善织物导湿性能的研究不断出现，曲方圆、徐伟杰等选用纯棉织物或SMS材料进行单面防水整理，而郭馨等、李珂等对涤纶织物进行单面亲水整理，其目的都是使织物的正反两面存在亲疏水性能的差异，以增强织物的差动毛细效应。而关于异面防水/亲水功能锦纶织物的研究存在空缺。
通过差动毛细效应使汗液可以从锦纶织物的防水面转移至亲水面，改善其作为户外运动面料的穿着舒适性，在户外运动领域具有十分广阔的应用前景。本文选用无氟防水剂X与增稠剂PTE，采用涂层整理的方法对锦纶织物首先进行单面防水整理，锦纶织物的一面具有防水性能后可阻止亲水剂的渗入，在此基础上选用亲水剂SA，通过浸轧的方法对另一面进行亲水整理，研究防水/亲水异面整理工艺对锦纶织物防水/亲水性能的影响。
实验材料与药品：锦纶织物(平方米质量70 g/m2，浙江台华新材料股份有限公司)，无氟防水剂X、交联剂F、AATCC 1993标准洗涤剂(工业级，浙江台华新材料股份有限公司)，亲水整理剂SA(工业级，浙江科峰股份有限公司)，增稠剂PTE(工业级，富联精细化工有限公司)，洗洁精(工业级，上海和黄白猫有限公司)。
实验仪器：C-6涂层机、P-A0立式气动轧车、M-6连续式定型烘干机(杭州三锦科技有限公司)；DHG-9140A电热鼓风干燥箱(上海一恒科技有限公司)；ARA520电子天平(奥豪斯仪器(上海)有限公司)；YB813织物沾水性测试仪(温州大荣纺织标准仪器厂)；MMT液态水分管理测试仪(锡莱亚太拉斯(深圳)有限公司)；YG-461E数字式透气量仪(宁波纺织仪器厂)；YG-601-Ⅰ/Ⅱ电脑式织物透湿仪(宁波纺织仪器厂)；PhabrOmeter织物风格仪(美国Nu Cybertek公司)；DataColor60计算机测色配色仪(美国DataColor公司)。
1.2 实验方法
1.2.1 防水涂层整理工艺
a)防水涂层整理液配方
无氟防水整理剂X 20～60 g/L，交联剂F 6 g/L，增稠剂PTE 0.5%～2.5%。
b)涂层整理工艺流程
涂层(调节涂层压力2～10 mm，刮刀为斜45°放置，涂层压力使用刮刀下降的距离表示，刮刀刚与布面接触时为0 mm)→烘干(100 ℃，3 min)→焙烘(100～180 ℃、30～150 s)→水洗(洗洁精1 g/L)。
1.2.2 亲水整理工艺
一浸一轧(亲水整理剂SA 10～50 g/L，带液率50%～60%)→烘干(100 ℃，3 min)→焙烘(170 ℃，90 s)→水洗(洗洁精1 g/L)。
1.3 织物性能测试
1.3.1 防水等级测试
按照AATCC 22—2010《拒水性：喷淋实验》测定。
1.3.2 润湿时间测试
按照AATCC TM 195—2009《织物的液态水分管理特性》测定。
1.3.3 耐洗性测试
按照GB/T 8629—2017《纺织品 试验用家庭洗涤和干燥程序》，使用1 g/L的AATCC 1993标准洗涤剂配制成溶液，浴比1∶30，在40 ℃下洗涤8 min后脱水为一次洗涤，洗涤程序完成后在温度为100 ℃的烘箱内烘干。
1.3.4 透气性测试
按照GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》测定，在测试面积为20 cm2、压降为100 Pa的条件下，选用合适直径的喷嘴，固定试样并测试。
1.3.5 透湿性测试
按照GB/T 12704.2—2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第2部分：蒸发法》测定。
1.3.6 织物风格测试
按照FZ /T 01054.1—1999《织物风格试验方法总则》测定。
2.1 防水/亲水异面整理方法
考虑到整理液的渗透性及防水、亲水性之间相互影响的问题，选择了4种不同的组合方法对锦纶织物进行异面整理，防水整理的一侧为防水面，亲水整理的一侧为亲水面，整理效果如表1所示。
表1 防水/亲水异面整理方法的整理效果
注：防水整理液：无氟防水剂X 40 g/L，交联剂F 6 g/L；亲水整理液：亲水剂SA 10 g/L；涂层整理液中需加入1.0%增稠剂PTE；浸轧(带液率40%～50%)/涂层(压力6 mm)，170℃焙烘90 s。
由表1可知，先进行亲水涂层、再进行防水涂层或浸轧的方法，整理后锦纶织物防水面的防水等级均为85分，但亲水面也分别具有60分和80分的防水等级，造成亲水性能不佳。
这是因为亲水涂层之后织物亲水面的亲水性能增强，再对另一面进行防水整理时，会促进防水整理液渗透至亲水面，影响亲水面性能。
而采用先防水涂层，再亲水涂层或浸轧的方法，整理后的锦纶织物防水等级均为85分，亲水面不具有防水效果，亲水性良好，亲水面润湿时间分别为13.9 s和13.5 s，防水/亲水性能基本相同。
这是因为织物表面经过防水涂层后形成防水薄膜，可阻止亲水整理液对其产生影响。因此，为了减少增稠剂的使用，后续采用先进行防水涂层，再浸轧亲水剂的整理方法。
2.2 防水涂层整理
2.2.1 无氟防水剂X用量对防水等级的影响
使用交联剂F 6 g/L，增稠剂PTE 1.5%，涂层压力8 mm，170 ℃焙烘90 s，无氟防水剂X用量对防水等级的影响如图1所示。
图1 无氟防水剂X用量对防水等级的影响
由图1可知，随着无氟防水剂X用量的增加，防水等级逐渐提高，因为随着防水剂用量的增加，涂敷到织物表面上的整理剂增加，在纤维表面形成的防水膜趋于完整，防水等级提高。
当防水剂X质量浓度为40 g/L时，防水等级达到90分，继续增加防水剂X的用量，防水等级不再提高。因此，确定防水剂X质量浓度取40 g/L为宜。
2.2.2 增稠剂PTE用量对防水等级的影响
使用无氟防水剂X 40 g/L，交联剂F 6 g/L，涂层压力8 mm，170 ℃焙烘90 s，选用添加量较少，增稠性能较佳的聚丙烯酸酯类增稠剂PTE，增稠剂PTE用量对防水等级的影响如图2所示。
图2 增稠剂PTE用量对防水等级的影响
由图2可知，当增稠剂PTE质量分数为0.5%时，防水等级为95分，但是整理液的黏度过低，会造成整理液在涂层过程中渗透至反面，使反面也具有85分的防水等级，这是因为聚丙烯酸酯类增稠剂PTE具有亲水性，使得防水等级下降；
增稠剂PTE质量分数为1.0%～1.5%时，防水等级下降为90分，反面不具有防水效果，这是因为增稠剂质量浓度增加会增大整理液的黏度使得整理液渗透深度下降，不易渗透到反面；
增稠剂PTE质量分数大于2.0%时，防水面防水等级仅有80分，此时整理液黏度较大，整理剂大部分存在于织物表面，并且由于整理液中增稠剂含量提升，使得纤维表面防水膜中含有更多的增稠剂，从而造成防水等级下降。因此，增稠剂PTE的质量分数在1.0%左右时为宜。
2.2.3 涂层压力对防水等级的影响
使用无氟防水剂X 40 g/L，交联剂F 6 g/L，增稠剂PTE 1.0%，170 ℃焙烘90 s，涂层压力对防水等级的影响如图3所示。
图3 涂层压力对防水等级的影响
由图3可知，涂层压力为2～4 mm时，防水等级仅有60～80分，这是因为整理液在涂覆时无法深入织物内部，过多地分布在织物表面导致防水等级过低。
涂层压力增加至8 mm时，防水等级达到90分，此时锦纶织物反面不具有防水效果，这是由于涂层压力适当增大，使整理液的渗透深度增大，防水整理区域增大，防水剂与更多的纤维进行结合成膜，因此整理深度适当增加使得防水等级提升。
当涂层压力为10 mm时，防水等级虽可达95分但锦纶织物反面也具有80分的防水性能，此时涂层压力过大导致整理液渗透至反面。因此涂层压力调节为8 mm时较为适宜。
2.2.4 焙烘温度与时间对防水等级的影响
使用无氟防水剂X 40 g/L，交联剂F 6 g/L，增稠剂PTE 1.0%，涂层压力8 mm，焙烘时间为90 s，焙烘温度对防水等级的影响如图4所示。
图4 焙烘温度对防水等级的影响
由图4可知，随着焙烘温度的增加，锦纶织物的防水等级随之升高，这是因为进行焙烘处理时，温度越高，疏水基团在纤维表面排列越规整，在高温条件下还会使交联剂释放出异氰酸酯基团，与-CH3基团在纤维表面交联形成网状薄膜，使防水等级提升。
当焙烘温度为170 ℃时，继续提升温度，防水等级不再增加，因此确定焙烘温度为170 ℃。
使用无氟防水剂X 40 g/L，交联剂F 6 g/L，增稠剂PTE 1.0%，涂层压力8 mm，焙烘温度为170 ℃，焙烘时间对防水等级的影响如图5所示。
图5 焙烘时间对防水等级的影响
由图5可知，随着焙烘时间的增加，防水等级不断提升，这是因为焙烘时间越长，疏水基团在纤维表面的排列逐渐变得有序，交联剂F中的异氰酸酯基团与疏水基团在纤维表面交联愈加充分，形成的薄膜愈加完整。
当焙烘时间为90 s时，防水等级达到100分，继续增加时间，防水等级不再增加，因此确定焙烘时间为90 s。
2.3 防水/亲水异面整理
使用浸轧的方法对上述防水涂层整理的锦纶织物进行亲水整理，选择适合锦纶纤维用的聚硅氧烷聚醚类亲水剂SA，亲水剂SA用量对锦纶织物防水/亲水性的影响如表2所示。
表2 亲水剂用量对锦纶织物防水/亲水性的影响
注：防水涂层工艺：无氟防水剂X 40 g/L、交联剂F 6 g/L、增稠剂PTE 1.0%，涂层压力8 mm，170 ℃焙烘90 s；亲水整理工艺：170 ℃焙烘90 s。
由表2可知，随着亲水剂用量的增加，锦纶织物亲水面的润湿时间逐渐缩短，说明亲水面形成的亲水膜愈加完整，织物亲水面更易被润湿。
当亲水剂质量浓度增加至50 g/L时，防水面防水等级出现下降，这是因为锦纶织物两面亲/疏水差异的增强，在进行喷淋测试时，水滴易渗透至亲水面，使锦纶织物表面润湿，所以选择亲水剂SA质量浓度为30 g/L较为适宜。
2.4 防水/亲水异面整理锦纶织物的性能
2.4.1 异面整理锦纶织物防水/亲水功能的耐洗性
对防水/亲水异面整理后的锦纶织物进行耐洗性测试，结果如表3所示。
表3 防水/亲水异面整理锦纶织物的耐洗性
由表3可知，经过20次家庭洗涤，异面整理织物的防水面防水等级由90分下降为70分、亲水面润湿时间从9.5 s延长至11.5 s，这是因为防水面防水薄膜和亲水面的亲水膜都有所破损。可见本研究制备的异面防水/亲水功能的锦纶织物具有良好的耐洗性。
2.4.2 异面整理锦纶织物的手感、色差和透气、透湿性
对防水/亲水异面整理后锦纶织物的手感、色差和透气、透湿量进行测试，进行透湿量测试时，将锦纶织物的防水面朝下放置，结果如表4所示。
表4 防水/亲水异面整理锦纶织物的手感、色差和透气、透湿性
由表4可知，整理后锦纶织物的硬挺度略微上升、柔软度略微下降，这是由于无氟防水剂X中含有有机硅物质，对手感影响较小，色差仅为0.7，说明焙烘温度适宜，该异面防水/亲水整理工艺几乎不改变锦纶织物的风格和色光。
整理后锦纶织物的透气性有所下降，这是因为增稠剂大部分被除去但还有少量残留；而整理后织物的透湿量得到提升，说明异面防水/亲水性存在的差异使得织物的透湿性能增加。
对锦纶织物采用先进行防水涂层整理，再浸轧亲水剂的方法研制了防水/亲水异面功能锦纶织物的整理工艺，得到以下结论：
a)适宜的防水涂层整理工艺：使用防水整理剂X 40 g/L、交联剂F 6 g/L和1.0%增稠剂PTE，涂层压力为8 mm，170 ℃焙烘90 s。适宜的亲水整理工艺：使用亲水整理剂SA 30 g/L，一浸一轧，170 ℃焙烘90 s。
b)整理后锦纶织物可获得良好的异面防水/亲水性能，其防水面防水等级可达到90分，亲水面润湿时间为9.5 s。洗涤20次后烘干，防水面防水等级为70分，亲水面润湿时间为11.5 s。异面整理对锦纶织物的手感及色差影响不大，透气率略有下降，透湿量有所增大。
发布 | 浙江理工大学杂志社 新媒体中心
来源│纺织视界
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