纯棉织物雾化拒水整理工艺.pdf

雷诗微，师文钊，刘瑾姝，陆少锋，苏国鑫（西安工程大学纺织科学与工程学院，陕西西安 710048）摘要：具有优异防水透湿性能的功能面料受到研究者广泛关注。实验通过空气压缩雾化对商品化聚丙烯酸酯类无氟防水剂进行雾化，以真空抽吸负压气流为介质对纯棉织物进行雾化拒水整理，通过单因素分析法研究整理工艺对棉织物拒水效果的影响，并分析对比雾化拒水整理工艺与传统浸轧工艺整理后织物的拒水性能。结果表明：经整理剂质量浓度120 g/L，雾化抽吸时间6min，焙烘温度150，焙烘时间2 min的雾化拒水整理工艺整理后，棉织物具有良好的防水效果，水接触角可达138.3；且经30次水洗后，织物接触角仍大于120，具有较好的耐水洗性能；雾化拒水整理对织物透气率和透湿性影响较小，且可以显著降低织物带液率，达到节能减排的效果。关键词：纯棉织物；无氟防水剂；拒水整理；雾化；真空抽吸中图分类号:TS195.5文献标志码:A文章编号:1004-0439（2024）01-0007-05Atomizd water repellent finishing process of cotton fabricLEI Shiwei,SHI Wenzhao,LIU Jinshu,LU Shaofeng,SU Guoxin(School of Textile Science and Engineering,Xi an Polytechnic University,Xi an 710048,China)Abstract:Functional fabrics with excellent waterproof and moisture permeability have attracted extensiveattention from researchers.The commercial polyacrylate fluorine-free waterproof agent was atomized by aircompression atomization,and the cotton fabric was treated by atomized water repellent finishing with vacuumsuction negative pressure air flow as the medium.The influence of the finishing process on the water repellent effect of cotton fabrics was studied through single factor analysis,and the water repellent performance offabrics treated with atomization and water repellent finishing process and traditional immersion rolling processwas analyzed and compared.The results showed that the cotton fabric finished by atomized water repellentfinishing process with mass concentration of finishing agent 120 g/L,atomization suction time of 6 min,baking temperature of 150 and baking time of 2 min,the cotton fabric had a good waterproof effect,and thewater contact angle could reach 138.3.After 30 washing cycles,the contact angle of the fabric was still greater than 120,which showed good washing resistance.The air permeability and moisture permeability of treated cotton fabric was less affected by atomized water repellent finishing process,which could significantly reduce pickup of waterproof agent by the fabric to achieve the effect of energy saving and emission reduction.Key words:cotton fabrics;fluorine-free waterproofing agent;water repellent finish;atomization;vacuum suction收稿日期：2023-09-12基金项目：陕西省科技厅重点研发计划项目（2022GY-365）；中国纺织工业联合会科技指导性项目（2020039）作者简介：雷诗微（2000），女，硕士在读，主要从事纺织品化学加工新材料、新工艺的理论及应用研究，E-mail：。通信作者：师文钊（1986），男，副教授，博士，主要从事印染前沿技术及理论研究，E-mail：。棉织物具有良好的吸湿性和透气性，得到了广泛应用，但是也存在一些问题，如吸湿后不易干燥，容易粘在皮肤上引起不适，可能会滋生细菌1。人们对纺织产品的要求也在不断提高，因此有必要对棉织物进行拒水整理。一般可以通过提高织物表面粗糙度和降低织物表面能来实现织物的拒水整理2。提高织物表面粗糙度有两种途径，一种是在织物表面固定无机颗粒，一种是通过刻蚀使织物表面变粗纯棉织物雾化拒水整理工艺印 染 助 剂TEXTILE AUXILIARIESVol.41 No.1Jan.2024第41卷第1期2024年1月印染助剂41卷糙3-4。降低织物表面能主要是在织物表面修饰具有低表面能的物质。目前关于织物拒水整理的研究越来越多，整理方法主要有溶胶-凝胶法5、浸渍法6、等离子体处理法7、化学气相沉积法8等。然而，上述方法存在着处理时间长、破坏织物内部结构、破坏织物组成、反应条件苛刻、成本高等缺点，虽然拒水性能得到了改善，但是织物的实用性大大降低9。目前，在对织物进行拒水整理时通常使用含氟试剂，可以使织物具有优异的防水性能。但是含氟试剂在生产和使用的过程中含有生物累积性且不容易降解10，逐渐被无氟整理剂取代。无氟整理剂不会在人体中沉积，容易分解，对人体没有危害，而且对环境友好11。常用的无氟整理剂有聚氨酯、有机硅、聚丙烯酸酯等12。本实验采用空气压缩雾化整理剂的方法，结合真空抽吸的负压条件，将聚丙烯酸酯类无氟防水剂XC-500整理在棉织物上，研究优化的整理工艺，并将优化雾化工艺与传统工艺整理织物的性能进行对比，以期达到满足印染加工节能减排的行业要求。1实验1.1材料纯棉平纹机织物（经纬纱支数 4040，经纬密13372，57/58s），无氟防水剂XC-500（上海赛超化工助剂有限公司）。1.2仪器SHB-循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司），AXD-305医用压缩雾化器（厦门雷德曼医疗器械有限公司），LA-205织物热定形机（日本株式会社），101型电热鼓风干燥箱（北京科伟永兴仪器有限公司），JM-A10002电子天平（余姚市纪铭称重校验设备有限公司），JGW-360B动态接触角测试仪（承德市成惠试验机有限公司），YG813喷淋测试仪、YG461E-全自动透气量仪（宁波纺织仪器厂），YG501 型透湿试验箱（南通宏大实验仪器有限公司），SW-12A 型耐洗色牢度试验机（无锡纺织仪器厂），Quanta-450-FEG场发射扫描电子显微镜（美国FEI公司）。1.3实验方法1.3.1传统浸轧整理工艺二浸二轧（整理剂质量浓度60 g/L，带液率90%）预烘（90，5 min）焙烘（150，2 min）水洗后处理。1.3.2雾化整理工艺采用自制设备对棉织物进行雾化拒水整理，其中织物一侧雾化器雾化液滴直径为15 m，占比大于 60%，喷雾量为 0.2 mL/min；织物另一侧真空抽吸真空度为0.03 MPa。工艺：采用整理剂对棉织物进行喷雾（整理剂质量浓度为120 g/L，喷雾时间为6 min）预烘（90，3min）焙烘（150，2 min）水洗后处理。1.4测试与表征1.4.1带液率按照下列公式计算带液率：1.4.2接触角将处理后的棉织物裁成2 cm2 cm后压平，采用动态接触角测试仪进行测试，测量5次，取平均值。1.4.3沾水等级参考GB/T 47452012 纺织品 防水性能的检测和评价 沾水法，采用喷淋测试仪进行测试。控制每个样品的喷淋时间为2530 s，并分别在样品的两端轻轻敲击进行对比。1.4.4透气性参考GB/T 54531997 纺织品 织物透气性的测定 进行测试。测试面积为20 cm2，测试压差为100 Pa。1.4.5透湿性参照 GB/T 12704.22009 纺织品 织物透湿性试验方法 第2部分：蒸发法 进行测试。1.4.6扫描电镜裁取较为平整的样品置于真空中，喷金后进行扫描拍照，采用场发射扫描电子显微镜观察材料的孔隙结构。1.4.7耐水洗稳定性参照GB/T 124902014 纺织品 色牢度试验 耐家庭和商业洗涤色牢度 进行测试，设定水洗温度为40，皂洗液用量为2%，分别水洗10、20、30次后测试棉织物的水接触角。2结果与讨论2.1雾化整理工艺优化2.1.1整理剂质量浓度由图1可以看出，随着整理剂质量浓度的增加，整理后织物水接触角先急剧增大再减小，并且在120g/L时织物接触角达到最大值。这是因为当整理剂质量浓度较低时，织物上的疏水基团数量较少，且纤维带液率=（整理后织物质量/整理前织物质量-1）100%81期间的某些孔隙未被拒水剂所形成的薄膜覆盖。因此不能形成有效连续的疏水性薄膜。整理剂的质量浓度增大，在纤维表面形成一层均匀的薄膜，减少相邻纤维间的孔隙，提高织物表面疏水基团数量，提高膜的厚度13。而当整理剂的质量浓度过高超过一定量时，就会在织物的表面形成多余的薄膜，纤维表面产生大量的亲水性乳化剂，从而使织物的拒水性能下降14。因此，整理剂质量浓度在120 g/L时效果更好。2.1.2雾化处理时间由图2可以看出，在其他条件相同的条件下，随着雾化处理时间的延长，接触角呈现增长趋势，在7min时达到最大。随着处理时间的延长，织物拒水效果越来越好，说明在较短的处理时间内，施加到织物上的整理剂较少，从而导致疏水性长链在织物表面的分布不均匀，因此拒水效果不好。随着处理时间的延长，整理剂在织物上有效质量浓度增大，疏水的长烷基链均匀地分布在织物表面，并且包覆纤维，在纤维上形成一层密度均匀的疏水薄膜，使纤维的表面自由能减小，具有良好的拒水性能15。由于雾化处理时间超过 6 min后，织物水接触角变化不大，所以雾化处理时间确定为6 min较为适合。2.1.3焙烘温度由图3可以看出，当焙烘温度升高时，接触角随之增大，在150 时接触角达到最大值，当温度高于150 后，接触角呈现下降趋势。原因是温度较低时，整理剂没有完全与织物发生反应，未形成有效薄膜层。当焙烘温度升高时，大分子疏水链末端的长链烷基会粘附于纤维表面，并在纤维内逐步扩散，形成一层向外的疏水性薄膜，使其具有较小的表面张力和表面自由能，具有良好的拒水性能16。温度高于150，整理后织物拒水性能下降，主要是因为高温焙烘使聚合物在织物上的成膜速率提升，而且在进入纤维孔洞和内部的整理剂挥发后，很有可能会突破薄膜层，影响聚合物对纤维的包覆17。另外，焙烘温度过高对织物的白度及手感有一定的影响。综上所述，焙烘温度确定为150。2.1.4焙烘时间焙烘时间对拒水效果的影响如图4所示。由图4可以看出，当焙烘时间延长时，接触角也随之增大，且增幅较大；超过2 min之后，接触角逐渐降低，但降低趋势逐渐变缓。这主要是因为焙烘时间较短，整理剂没有和纤维发生足够的反应，导致其在整理剂质量浓度/（gL-1）雾化处理时间5 min，150 焙烘3 min图1整理剂质量浓度对拒水效果的影响接触角/（）1008090100110120130140150110120130140雾化处理时间/min整理剂120 g/L，150 焙烘3 min图2雾化处理时间对拒水效果的影响接触角/（）380901001101201301401504567焙烘温度/整理剂120 g/L，雾化处理时间6 min，焙烘时间3 min图3焙烘温度对拒水效果的影响接触角/（）1308090100110120130140150140150160170焙烘时间/min整理剂120 g/L，雾化处理时间6 min，焙烘温度150 图4焙烘时间对拒水效果的影响接触角/（）180901001101201301401502345雷诗微，等：纯棉织物雾化拒水整理工艺9印染助剂41卷反应中不能完全发挥功能，在一定程度上影响了织物的拒水性能。随着焙烘时间的延长，整理剂与织物的反应更为充分，从而形成了一层密度均匀、密度较大的疏水薄膜，赋予织物良好的拒水性能18。但是若继续延长烘焙时间，将会对膜的结构产生一定的影响，导致表面薄膜出现微小的收缩，从而影响拒水性能17。另外，焙烘时间的延长会对织物白度、手感产生一定的影响。因此焙烘时间确定为2 min。2.2雾化整理工艺与传统浸轧工艺对比2.2.1带液率传统浸轧整理工艺的带液率为（89.365.00）%，雾化整理工艺的带液率为（60.242.00）%，雾化整理后织物的带液率明显低于传统浸轧工艺整理，烘干时所需时间可以由传统浸轧工艺中的5 min缩短到3min，一定程度说明雾化拒水整理工艺具有节水、节能方面的优势。2.2.2表面形貌由图5可以看出，未处理的空白纯棉织物表面较为光滑，经过传统浸轧整理和雾化整理的织物表面形成了一层疏水性的薄膜并且包覆着纤维。雾化整理的织物整理剂覆盖均匀度比传统浸轧整理织物更好。这可能是由于整理剂经雾化器雾化产生的液滴尺寸均匀，随着气流介质对织物进行处理时均匀度较好。2.2.3耐水洗性能由图6、图7可知，水洗前后传统浸轧织物的接触角与雾化整理织物接触角相比更高，在进行30次水洗之后，由于受到机械外力的作用，整理剂所形成的薄膜破裂脱落，从而使拒水效果有所降低19。虽然两种工艺整理后织物的拒水性能都有所下降，但是接触角仍然在120以上，具有良好的疏水性能。2.2.4其他性能由表1可以看出，经过整理后的棉织物都具有很好的抗沾湿性能，而雾化整理织物抗沾湿性能略有降低。两种方法整理后的织物透气性和透湿性相较未整理纯棉织物都有所下降，这是因为在整理后的织物表面包覆了一层薄膜，从而产生了影响，但是雾化拒水整理对织物透气性、透湿性影响较小，在保证整理后织物具有良好拒水效果的同时，还保证织物具有透气透湿舒适性。未水洗水洗10次水洗20次水洗30次雾化整理未水洗水洗10次水洗20次水洗30次浸轧整理图7水洗不同次数接触角效果图未处理浸轧整理雾化整理图5织物扫描电镜图洗涤次数/次1浸轧整理；2雾化整理图6水洗次数对棉织物接触角的影响接触角/（）0809010011012013014015010121220123012织物未处理浸轧整理雾化整理沾水等级/级0545透气率/（mms-1）440.35338.15435.53透湿率/（gm-2h-1）483.3383.5420.6表1织物其他性能对比101期3结论（1）优化的雾化拒水整理工艺：整理剂质量浓度为120 g/L，喷雾处理时间为5 min，焙烘温度为150，焙烘时间为2 min。（2）采用雾化整理工艺可以将织物带液率由89.36%降低为60.24%，缩短烘干时间，达到了节能减排的效果。（3）雾化整理后的织物经多次水洗后水接触角仍能达到 120以上，且具有良好的透气性、透湿性，为进一步开发防水透湿织物提供了新思路。参考文献：1LI Y,LUO Y,WANG Q,et al.Synthesis and performance analysis 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