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技術(shù)文章
滌綸織物防水透濕及拒水拒油的發(fā)展
滌綸是紡織用化學(xué)纖維中產(chǎn)量最大的一個品種。近年來除用于仿真絲薄型服裝面料外，還用于帳篷、高性能清潔布、汽車、飛機(jī)等內(nèi)裝飾布及地毯、沙發(fā)面料、墻布、鞋面等其紡織產(chǎn)品向功能化、智能化方向發(fā)展。一些經(jīng)過特殊整理的新型紡織品還能提供各種優(yōu)異的功能。滌綸織物的防水透濕及拒水拒油整理就是其中之一≈
1 防水與透濕整理
防水性和透濕性可以從織物結(jié)構(gòu)和加工方式上取得一致，水汽分子的直徑一般為4×10-4 mm，雨滴的直徑通常10-2mm，只要織物中孔隙的直徑控制在水汽分子可通過而水滴不能通過的范圍內(nèi)便可起到防水透濕的作用。
在人體、衣服、環(huán)境三者形成的體系中存在濕與熱的傳遞。濕的傳遞方式有兩種：出汗發(fā)散（液相傳遞）和無感蒸發(fā)排泄（氣相傳遞），人體隨環(huán)境和活動狀態(tài)及穿著衣服的不同，在人的皮膚周圍出現(xiàn)的人工氣候，其相對濕度為50%，舒適溫度為32℃，織物的透濕性與纖維的種類!織物的結(jié)構(gòu)和織物的整理等密切相關(guān)，當(dāng)服裝內(nèi)側(cè)的溫度高于外側(cè)時，在織物兩側(cè)就存在一個壓力梯度，在它的作用下，水蒸汽分子能通過織物細(xì)密通道，與外界進(jìn)行熱濕交換滌綸的防水透濕織物主要有如下三種
（1）經(jīng)拒水整理的高密織物
緊密型防水織物是利用改變織物結(jié)構(gòu)而達(dá)到防水透濕的目的，此類織物是最早研制成功的防水透濕織物。其依據(jù)為：水汽在紗線空隙之間簡單的擴(kuò)散;纖維束之間的毛細(xì)管傳遞;在單根纖維之間的擴(kuò)散∀現(xiàn)在的緊密型防水織物,大多采用超細(xì)聚酯纖維為原料,此類織物中,纖維之間、紗線之間緊密排列,使織物在不進(jìn)行拒水整理的情況下,?耐水壓達(dá)104 ～105Pa,同時纖維紗線之間形成毛細(xì)管,由于毛細(xì)管效應(yīng)的存在,能很好地傳輸水蒸汽,緊密型織物的優(yōu)點在于制備工藝簡單,主要是紗線和絲纖度的變化,制成的衣物懸垂性好,透濕性佳,但該類織
物耐水壓較低?大大限制了其應(yīng)用范圍。
（2）層壓織物
層壓織物又稱粘貼薄膜型防水透濕織物,是把功能性膜粘貼到織物上.按所用的功能性膜可分為三類:微孔膜、致密親水膜、微孔親水結(jié)合膜、粘合劑在此處也起到很重要的作用.粘合劑主要有兩種:透濕型,可連續(xù)涂層;不透濕型,只能以網(wǎng)點式粘合；不至于破壞透濕性，此類織物最成功、最著名的是美國W.L.Gore公司的Gor-Tex織物,它是利用聚四氟乙烯微孔膜與織物復(fù)合而成.由于該微孔膜的制備需要特殊的設(shè)備與工藝,產(chǎn)品加工難度大,成本高,成衣價格貴,其柔軟性,懸垂性不令人滿意.
(3)涂層織物
涂層法是指織物直接或間接地進(jìn)行涂層，使織物具有防水性，透氣性是通過產(chǎn)生微孔結(jié)構(gòu)或使其具有親水性而得到的。它可以分為微孔涂層法!親水性涂層法!微孔親水結(jié)合法三種類型，涂層織物的生產(chǎn)工藝的成本較低，親水性涂層以水為溶劑，成本低，污染少，親水性涂層可按傳統(tǒng)工藝進(jìn)行∀但涂層法以有機(jī)溶劑體系為主，溶劑回收設(shè)備費用較高，且易造成環(huán)境污染。織物涂層處理后，懸垂性和柔軟性變差，防水耐久性差，附著牢度差。
2 滌綸織物的拒水!拒油整理及其發(fā)展情況
拒水整理的目的是阻止水對織物的潤濕，利用織物毛細(xì)管的附加壓力，阻止液態(tài)水的透過但仍然保持了織物的透氣透濕性能。拒水整理織物首先用于生產(chǎn)軍服、防護(hù)服，現(xiàn)在已廣泛用于制作運動服、旅行包、旅行裝、帳篷、鞋面等。國內(nèi)，國際市場上對這類面料的需求正在逐年增加。
根據(jù)潤濕理論分析，水的表面能比較高，為7.6MJ/M2.拒水材料的表面能必須比此值小,油類的表面能一般20-40MJ/M2,拒油材料的表面能必須比此值小.,油的潤濕能力遠(yuǎn)大于水,所以,拒油的物質(zhì)一定拒水,而一般的滌綸織物,表面能遠(yuǎn)大于水和油的表面能,因此,為了使滌綸織物拒水拒油,就要在其表面涂一層低表面能的材料..硅橡膠的表面能約為25MJ/M2，是比較理想的拒水材料，氟樹脂的表面能約為5MJ/M2是比較理想的拒油材料，
2 拒水!拒油整理劑在滌綸織物拒水拒油整理中的應(yīng)用
由拒水拒油整理的機(jī)理看出，在滌綸織物表面吸附一層物質(zhì)，使其原來的高能表面變?yōu)榈湍鼙砻妫涂梢垣@得具有拒水效果的織物，且表面能愈小效果愈好。
國內(nèi)外生產(chǎn)和使用的拒水劑主要有以下幾種：?
1）石蠟-鋁皂類；2）吡啶季銨鹽類；3）羥甲基三聚氰胺衍生物；4）硬脂酸鉻絡(luò)合物；5）有機(jī)硅型；6）氟烷基樹脂類，前五類拒水劑有共同弱點：不拒油!、不防污、耐洗性差
近年來，含氟化合物在織物拒水!拒油!防污整理方面的應(yīng)用正在發(fā)展中。在紡織品拒水加工中，?氟烷基化合物的實用化是在20世紀(jì)50年代，最早由美國杜邦公司進(jìn)行氟聚合物織物拒水拒油整理的嘗試，并率先發(fā)表了以四氟乙烯乳液作為織物拒水拒油整理劑的專利，以后美國3M公司又研制開發(fā)了以全氟羧酸鉻的絡(luò)合物為主要成分的織物整理劑,但很快被性能更好的含氟丙烯酸酯形成的聚合物所取代,并用于織物拒水拒油整理.推出的商品為SCOTCHGARD,而后杜邦的Teflon.!旭硝子的Asdhigard,大金工業(yè)株式會社的Unidyne,瑞典的TexCOTE等相繼問世.這些含氟拒水劑具有拒水、拒油性、而且不損害纖維原有的風(fēng)格,因此得到迅速普及推廣，成為當(dāng)今拒水劑的主流。
國外最早將有機(jī)氟樹脂運用于尼龍、滌綸、滌∕棉、棉等織物的拒水拒油整理報道較多，國內(nèi)在拒水性方面研究也有一些報道。
2．2 荷葉效應(yīng)在滌綸織物拒水拒油整理中的應(yīng)用
近30多年來，德國科學(xué)家通過掃描電鏡和原子力顯微鏡對荷葉等2萬種植物的葉面微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，揭示了荷葉拒水自潔的原理。并申請了專利，根據(jù)荷葉效應(yīng)(Litus-efffect)原理,德國科學(xué)家已經(jīng)研制成功具有拒水自潔的建筑物表面涂料,而且從1999年開始上市銷售具有同樣性能的屋瓦也于2000年底上市銷售,具有荷葉效應(yīng)的服裝也正在研制中.由于荷葉效應(yīng)具有廣闊的應(yīng)用前景,并具有很高的商業(yè)價值,所以關(guān)鍵技術(shù)和原理都申請了專利,并嚴(yán)格保密。
荷葉效應(yīng)的秘密主要在于它的微觀結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu),而不在于它的化學(xué)成分.Holloway于1994年對荷葉等植物的表面化學(xué)成分進(jìn)行了分析.所有植物表面都有一層表皮,表皮將植物與周圍環(huán)境隔開.所有植物的表皮主要成分都是埋置于多元酯母體內(nèi)的可溶性油脂,因此,植物的表皮都具有一定的拒水性.經(jīng)過對2萬種植物表面進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，具有光滑表面的植物都沒有拒水自潔的功能，而具有粗糙表面的植物，都有一定的拒水作用。在所有的植物中荷葉的拒水自潔作用最強(qiáng)，水在其表面的接觸角達(dá)到160.4°，除了荷葉外，芋頭葉和大頭菜葉的拒水自潔作用也很強(qiáng)，水在其上的接觸角分別達(dá)到160.3°和159.7°，水在各種常用纖維表面上的接觸角如表1所示
表1 各種纖維與水的接觸角
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纖維
|
測定者所測定的接觸角
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立花等
|
根本等
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Hollies等
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Stewart等
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|
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棉
|
59
|
-
|
-
|
47
|
|
|
粘膠??
|
38
|
-
|
-
|
39
|
|
|
羊毛
|
81
|
78
|
85
|
-
|
|
|
錦綸
|
64
|
61
|
83
|
70
|
|
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腈綸
|
53
|
53
|
-
|
48
|
|
|
滌綸
|
67
|
64
|
79
|
75
|
|
從表1中可看出,不同的測定者,數(shù)據(jù)是有差異的.但從總體上看,沒有一種纖維使水在其表面的接觸角大于90°,所以常用紡織纖維都不具有拒水能力.當(dāng)然,更不具有拒油的能力,
通過研究荷葉效應(yīng)的拒水自潔原理可知,具有高度拒水自潔的織物必須具備如下條件:1)首先應(yīng)使纖維表面具有基本的拒水性能(即水在其表面的接觸角大于90°.可以通過納米技術(shù)、等離子體處理技術(shù)和涂層浸軋技術(shù)達(dá)到.如:利用高溫下有機(jī)過氧化物等分解形成自由基,引發(fā)自由能較低的含硅或含氟的有機(jī)單體.2)對滌綸織物表面接枝改性.使織物具有粗糙的表面,雖然織物表面本身是非常粗糙的,但這種粗糙結(jié)構(gòu)是以纖維為最小單位,遠(yuǎn)大于納米結(jié)構(gòu)的要求,拒水自潔織物表面的粗糙應(yīng)是纖維表面的粗糙,該粗糙應(yīng)達(dá)到納米級水平.
因此,利用仿生學(xué)原理?將荷葉效應(yīng)原理,應(yīng)用于滌綸織物的拒水拒油整理中,將可以研制出一種超強(qiáng)的拒水透氣紡織品.
3 發(fā)展前景
荷葉效應(yīng)能夠在理論上突破常規(guī)的拒水材料研制思路,將降低材料的表面能和產(chǎn)生微觀結(jié)構(gòu)的粗糙度結(jié)合起來,使織物的拒水、拒油性能提高,并使織物具有良好的透氣性.
美國科學(xué)家H.C.Von Baeyer認(rèn)為,荷葉效應(yīng)在織物拒水拒油整理方面應(yīng)用的研究成果具有廣闊的應(yīng)用前景.超強(qiáng)拒水透氣織物,首先可用在高科技領(lǐng)域中,例如:用于現(xiàn)代軍事和戰(zhàn)爭的服裝,除了遮風(fēng)擋雨,可在惡劣的潮濕環(huán)境中,使戰(zhàn)士們保持干爽舒服,而且可以防止有毒液體的侵入.隨著某些血液傳播疾病在世界范圍內(nèi)的肆虐橫行,可用作保護(hù)醫(yī)務(wù)人員不受血載病菌侵害的醫(yī)用(血液)屏障織物.可用作生物保護(hù)服,更可制作民用的風(fēng)雨衣和體育服裝.所以滌綸作為化學(xué)纖維中的最大品種及其具有的優(yōu)良性能,利用荷葉效應(yīng)對其進(jìn)行拒水
拒油的差別化處理?將可研制出一種超強(qiáng)的拒水透氣的滌綸紡織品,廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、民用等各方面.
