非织造布单向导湿改性的研究进展

苏 倩 任元林，2 信鹏月

(1.天津工业大学纺织学院，天津，300387;2.先进纺织复合材料教育部重点实验室，天津，300387)

近年来，人们对服装面料的舒适性和健康性等方面的要求越来越高，在大运动量和高强度活动时，人体大量出汗，易产生服装沾身和湿冷等不适感，并且易导致细菌滋生，因此面料的健康性及舒适性引起了人们的关注，应运而生的单向导湿的功能性面料备受人们青睐。

单向导湿快干功能面料的发展比较成熟，已经在高端运动服、训练服等方面得以大量应用，这类纺织品多为双层结构针织面料，也有部分机织面料，近年来非织造布在该领域也崭露头角。

1 概述

1.1 单向导湿定义

单向导湿性能是指当材料拒水侧(疏水侧)处于潮湿环境中时，材料能够实现对气态及液态水分的吸收、传导，并迅速通过毛细作用将水分由拒水侧转移到亲水侧，在外层扩散蒸发，保持拒水侧的干爽［1］。材料拒水内侧保持人体在出汗时干爽不沾贴，材料外侧可使水分快速蒸发，带走大量热量，使人感觉凉爽、舒适。

1.2 单向导湿原理

单向导湿材料的工作原理是材料内层(接触皮肤面)与外层(接触空气面)之间形成附加压力差，附加压力差在材料的内层和外层之间产生差动毛细效应，这是材料中液态水自动从内层流到外层的动力。在人体出汗后，汗水可以从皮肤表层迅速向织物外层输送，织物外层大量吸收水分同时大量蒸发，汗液不进入纤维内部，在织物表面大面积蒸发，保持织物内层的干爽［2］。

2 织物单向导湿改性方法

实现单向导湿的关键是使材料内外两侧产生压力差，可通过交织工艺和成布的表面改性来实现。

2.1 交织工艺

设计合理的双层结构织物是织物内层利于液体导出，而外层利于液体扩散蒸发。在织物内层纤维间形成较粗的毛细管，外层纤维间形成较细的毛细管，在织物的内外两层界面间就产生附加压力差，织物中的液态水在压力差引导下自动从内层流到外层，这就是差动毛细效应［3］。这种方法适用于机织物和针织物，通过面料设计，合理选择织物内外层纤维、纱线的参数以及交织工艺，获得差动毛细效应织物，实现面料的单向导湿。

2.1.1 两种亲/疏水性不同的纤维制成双面材料

两种亲/疏水性不同的纤维分别分布在材料两面，制成双面材料。国内对天然亲水性纤维——棉的研究比较成熟。原料从棉盖丙纶、棉盖涤纶到棉盖Cooldry(吸湿排汗纤维，表面多沟槽，利用毛细管效应导湿透气)，织物类型从针织物到机织物［4-6］。唐琴等［7］对涤/棉双层针织物的导湿性能进行研究，发现双层织物的导湿能力与内层和外层材料的吸湿性能差异相关。内层材料的吸湿能力越差，外层材料的吸湿能力越好，则双层织物的导湿能力越强。两种纤维也包括经亲/疏水整理的纤维，对于亲水性材料如纯棉、麻和黏胶纤维，可以将经过拒水整理和未经整理的纤维或纱线通过交织方法制成亲/疏水双侧结构织物，得到单向导湿织物［8］。疏水性材料可以经亲水整理后与未整理的材料交织成亲/疏水双侧结构织物，实现单向导湿。

2.1.2 导湿和快干纤维制成双面材料

安云记［9］设计开发了单向导湿双面针织面料，以聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)盖丙纶蜂窝材料和PTT盖Cooldry双面网眼面料，覆盖层作为材料接触空气一侧，被覆盖层作为接触皮肤一侧。张秀等［10］设计了涤纶/丙纶双面鸟眼组织面料。利用织物内侧丙纶的拒水作用迅速将汗液导出，外侧涤纶具有快干特点使汗液蒸发，保持了体表的干爽舒适。许瑞超等［11］以异形涤纶为原料设计了三种结构不同的具有单向导湿功能的针织面料，即单面填纱、鱼眼结构和法国罗纹织物，织物内侧的十字形截面能迅速将汗液导出，外侧“C—O”形截面纤维使汗液快速扩散蒸发。

2.2 成布的表面改性

通过表面改性使材料两面具有不同的亲/疏水性。材料内外两层之间形成毛细管，由于材料内外两层具有不同的亲/疏水性，形成的毛细管是由疏水和亲水两部分构成，人体出汗后，汗液受压力作用(如服装压力)而进入到毛细管内(从疏水端进入)，液滴在毛细管内受附加压力作用(亲水端对疏水端的吸引)而向外层自发移动，即汗液由身体一侧向空气层移动，从而达到快速导湿的目的［12］。材料两面不同的亲/疏水性可以通过两种方法获得:

(1)疏水性纤维材料的外层进行亲水改性。亲水改性可以通过亲水剂对纤维材料后整理，材料表面接枝改性(化学接枝、辐射接枝等)和等离子体处理改性等方法获得。

(2)亲水性纤维材料的内层进行疏水改性。吴烨芳等［12］采用平网印制的方式，用拒水拒油整理剂对棉织物进行单面整理，使织物内侧获得拒水性能，形成亲/疏水双侧结构。高丽贤等［13］用防水和亲水整理剂对纯棉针织物进行里层防水整理和外层亲水整理获得了单向导湿能力。汪南方等［14］用浆点印制法对纯棉织物进行单面疏水整理获得良好的单向导湿效果，经50次水洗后导湿性能衰减不超过15%。周晓洁等［1］用含氟拒水整理剂(FG-910)对纯棉水刺非织造布进行单面整理，获得单向导湿性能。

3 非织造布单向导湿改性的研究进展

双层结构面料的织造工艺复杂，染色及后整理过程掌控难度大，使其成本过高，并且面料厚重，限制了其在手术服、病号服、劳动服及卫生用品等快速消耗品方面的应用。非织造布的优势使其具有很大的发展空间。

非织造布具有生产工艺简单、成本低、产量高、产品种类多和应用范围广的特点，然而非织造布性能上的不足限制了其应用，目前大量用于医疗卫生领域的聚酯、聚丙烯非织造布，由于吸湿导湿性能差，与人体皮肤接触时难以将体液吸收导出，造成了沾身、湿冷等不适感。因此，非织造布的单向导湿功能化改性显得尤为重要。

聚酯、聚丙烯非织造布是疏水性材料，对其进行单向导湿改性的关键是材料外侧的亲水改性。疏水性材料的亲水改性方法可分为纺丝/纺前改性和后整理改性两种。纺丝/纺前改性法有多种，如通过共聚引入亲水基团、共混亲水母粒、与亲水性聚合物复合纺丝、纤维表面或者内部的物理改性等方法［15-17］，本文不予赘述。非织造布适合采用后整理改性，即成布的表面改性方法。成布表面亲水改性法总体上可分为表面吸附法、表面化学氧化法和表面接枝改性法三种。

3.1 表面吸附法

通过亲水整理使非织造布表面附加一层亲水性化合物来提高亲水性。加工方法主要有浸轧法、浸渍法、喷洒法和泡沫整理法等。浸轧法操作简单，是工业生产中主要采用的方法。周晓洁等［1］用聚酯类亲水整理剂对聚丙烯SMS非织造布进行单面整理，获得单向导湿性能。这种方法工艺简单、成本低廉，缺点是经整理的材料其水蒸气传导性能会下降，而且整理的耐久性差，易受外界条件，如温度、酸碱度等的影响。

3.2 表面化学氧化法

化学氧化法是利用氧化性化学试剂对材料进行处理，在纤维表面刻蚀扩孔以提高其表面的粗糙程度，同时引入极性基团，来提高材料表面的亲水性能。这种方法简单易行且成本较低，不足之处在于主要是通过增加材料表面粗糙度进行改性，引入极性基团较少，亲水改性效果一般，并且会损伤纤维强度［18-19］。

3.3 表面接枝改性法

接枝改性是在聚合物主链上接枝功能性分子或基团的一种改性方法。表面接枝改性是利用引发剂使纤维表面产生游离基，然后亲水性单体在游离基上进行接枝聚合，从而形成具有持久吸水性能的表层。根据引发方式的不同，有化学接枝及等离子体、辐射、紫外光、臭氧等引发的接枝［20］。常用的接枝单体有马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、衣康酸和丙烯酰胺等［21］。比较几种表面亲水性改性方法，接枝改性是表面改性的最重要方法，其优点是改性效果佳、耐久性好、不损伤纤维、不影响材料的透气性等，同时接枝改性方法也有其不完善性，如反应时间长、生产成本高和生产连续性低等。

3.3.1 化学接枝

化学接枝是通过化学反应在材料表面产生自由基或离子。袁世炬等［22］以过氧化苯甲酰为引发剂，将丙烯酸接枝到聚丙烯纤维表面，引入亲水基团—COOH，改善了聚丙烯纤维亲水性能。Wang等［23］利用原子转移自由基聚合法在聚丙烯非织造布上接枝N-乙烯基吡咯烷酮，非织造布的亲水性随着接枝率的提高而增强，水接触角从113°±1.2°降到52°±3°。

3.3.2 辐射接枝

辐射接枝是利用高能辐射源处理聚合物表面，产生活性中心，在聚合物表面接枝亲水性单体，改善材料的亲水性。辐射接枝工艺简单、节能、无污染。Choi等［24］利用辐射接枝法接枝丙烯酸单体，提高了电池隔膜用聚乙烯/聚丙烯非织造布的吸液能力。Choi等［25］通过辐射接枝亲水性单体丙烯酸和甲基丙烯酸改善了聚丙烯膜的亲水性。李晓等［26］用γ射线接枝丙烯酸单体，改善了聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜的亲水性。

3.3.3 光引发接枝

表面光接枝技术是利用光处理聚合物表面，由光引发剂引发接枝聚合反应，在聚合物表面接枝亲水单体，达到材料亲水改性的目的。特别是紫外光在聚合物材料表面改性中得到了广泛应用，紫外光的特点是对材料的穿透力差，改性只发生在材料表面或亚表面，不损坏材料的本体性能，且紫外光引发接枝聚合过程易控制，能够在常温下实施。陈中华等［27］在聚乙烯表面紫外光接枝 N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)提高了膜表面亲水性。Yang等［28］用氩等离子体激发聚酯非织造布产生自由基，通过紫外线诱导表面接枝聚合，在聚酯非织造布上接枝丙烯酰胺，改善了其亲水性能。王晓等［29-30］利用紫外光诱导接枝方法对亚麻织物、大豆蛋白复合纤维织物进行了处理，改善了织物的染色性能。

3.3.4 等离子体改性

等离子体与材料表面作用，在材料表面上生成新的化学键和官能团，改变其化学组成，引起表面化学和物理性质的变化，达到表面改性的目的。等离子体处理工艺是干式加工，不使用化学药品，节水节能无污染，且工艺简单，处理效果显著，处理仅涉及纤维表面而不影响材料整体性能。Rahel等［31］用表面介质阻挡放电对轻质聚丙烯非织造布进行亲水整理，试样用常压氮热等离子体进行处理，处理时间极短，操作简单，可以用于高速聚丙烯非织造布在线整理，大大提高了生产效率。唐丽华等［32］采用常压等离子体处理聚丙烯熔喷法非织造布，改善了其亲水性能。刘源等［33］发现经大气压氩等离子体射流处理后聚丙烯膜的接触角最小可达到55°，放置10 d后接触角为75.5°，但薄膜存在易老化的缺点。周月等［34］采用等离子体引发RAFT自由基聚合方法在聚丙烯多孔膜上接枝丙烯酸，改善了膜的亲水性能。

3.3.5 臭氧活化接枝

臭氧活化接枝技术是利用高浓度臭氧气体的强氧化性，在聚合物表面产生具有活性的过氧基团，再接枝功能性单体的改性方法。臭氧接枝已应用到膜材料的亲水研究中，如聚丙烯微孔膜、聚偏氟乙烯膜、超高分子量聚乙烯微孔膜采用臭氧处理接枝亲水单体改善膜的亲水性［35-37］，臭氧处理技术设备简单，实验操作易行，日益受到关注。

4 结语

单向导湿功能化改性对于非织造布显得尤为重要，疏水性的聚丙烯和聚酯非织造布是非织造布单向导湿功能改性的重点。非织造布单向导湿适合采用成布表面改性方法，其中接枝改性是表面改性中最重要的一种方法。高效持久、环保和工艺简化是非织造布单向导湿功能改性研究的方向。

［1］ 周晓洁，李建强.单向导湿非织造材料的研究［D］.武汉:武汉纺织大学，2010.

［2］ 王其.高导湿功能织物的研究和设计［J］.纺织科学研究，2003(4):11-17.

［3］ 王其，冯勋伟.形成差动毛细效应的条件研究［J］.东华大学学报，2002，28(3):34-39.

［4］ 瞿履修，王其，王文祖，等.细旦丙纶双层结构针织面料的开发与性能［J］.纺织学报，1995，16(4):37-39.

［5］ 吴济宏，郭亚星.棉盖涤导湿针织面料的开发.［J］.武汉科技学院学报，2003，16(1):1-4.

［6］ 武继松.棉盖涤导湿机织面料的设计［J］.上海纺织科技，2006，34(10):55-56.

［7］ 唐琴，吴基作.双层针织物的导湿性能研究［J］.山东纺织科技，2007(4):49-51.

［8］ 何天虹，吴烨芳，姚金波，等.吸湿快干纯棉针织物的设计新思路［J］.针织工业，2005(12):41-43.

［9］ 安云记.单向导湿面料的开发［J］.针织工业，2010(3):1-2.

［10］张秀，蒋佩绣，何世贤，等.涤纶/丙纶单向导湿功能面料的开发［J］.纺织导报，2010(9):44-45.

［11］许瑞超，陈莉娜.定向导湿针织运动面料的研制［J］.针织工业，2007(10):3-5.

［12］吴烨芳，姚金波.单向导湿织物的研究［D］.天津:天津工业大学，2005.

［13］高丽贤，蒋卫强，曾志丰.纯棉针织物的单向导湿整理［J］.印染，2011(24):28-30.

［14］汪南方，陈镇，翦育林，等.纯棉针织物单面疏水整理［J］.印染，2012(2):15-19.

［15］魏玉坤，柯加良，赵建青.极性单体熔融接枝改性聚丙烯的表面亲水性能研究［J］.化工新型材料，2007(2):58-60.

［16］陈青奎，董晓武.改性 PP树脂亲水性的研究［J］.石化技术，1999(2):24-28.

［17］杨恩宁，郭静.CaCO3/聚丙烯共混制备多孔聚丙烯纤维的研究［J］.合成纤维，2006(2):25-27.

［18］朱凤娟，胡白年，黄志国.丙纶表面氧化改性的研究［J］.中国纺织大学学报，1989，15(5):47-52.

［19］秦卫龙，王军，赵毅.液相化学处理法提高聚丙烯材料的表面亲水性［J］.中国塑料，2005，19(7):64-67.

［20］陈炯枢，陈学康，刘相.聚合物表面接枝改性方法和影响因素［J］.科学技术与工程，2007，7(9):1997-2002.

［21］刘卫平.聚丙烯接枝改性及应用［J］.塑料科技，2001(2):29-32.

［22］袁世炬，张光彦.聚丙烯纤维表面改性研究［J］.湖北工业大学学报，2006(5):13-15.

［23］ WANG Chanchan，FENG Ranran，YANG Fenglin.Enhancing the hydrophilic and antifouling properties of polypropylene nonwoven fabric membranes by the grafting of poly(N-vinyl-2-pyrrolidone)via the ATRP method［J］.Journal of Colloid and Interface Science，2011，357(2):273-279.

［24］ CHOI S H，KANG H J，RYU E N，et al.Electrochemical properties of polyolefin nonwoven fabric modified with carboxytic acid group for battery separator［J］.Radiation Physics and Chemistry，2001，60(3):495-502.

［25］ CHOI S H，PARK S Y，NHO Y C.Electrochemical properties of polyethylene membrane modified with carboxylic acid group［J］.Radiation Physics and Chemistry，2000，57(5):179-186.

［26］李晓，陆晓峰，施柳青，等.γ射线共辐照接枝聚偏氟乙烯超滤膜表面亲水性研究［J］.辐射研究与辐射工艺学报，2007，25(2):65-69.

［27］陈中华，郑裕东，王迎君，等.聚羟基烷酸酯表面接枝聚乙烯基吡咯烷酮的研究［J］.材料科学与工程学报，2004，22(2):189-192.

［28］ YANG Murong，CHEN Koshao，TSAI Juitsai，et al.The antibacterial activities of hydrophilic-modified nonwoven PET［J］.Materials Science and Engineering，2002，20(1):167-173.

［29］王晓，马海涛，李淳，等.紫外光接枝丙烯酸亚麻织物的服用性能［J］.纺织学报，2010 ，31(8):73-77.

［30］王晓，马海涛，孙静，等.紫外光接枝丙烯酰胺改善织物染色性能的研究［J］.针织工业，2011(1):47-49.

［31］ RAHEL J，SIMOR M，CERNAK M，et al.Hydrophilization of polypropylene nonwoven fabric using surface barrier discharge［J］.Surface and Coatings Technology，2003，169-170:604-608.

［32］唐丽华，李鑫，江渊，等.等离子体引发丙烯酰胺接枝改性聚丙烯非织造布［J］.纺织学报，2007(12):27-29.

［33］刘源，方志，蔡玲玲.增强聚丙烯薄膜表面经大气压氩等离子体射流改性后的亲水性［J］.高压电技术，2012，38(5):1141-1149.

［34］周月，汪思孝，黄健，等.等离子体引发的RAFT接枝聚合对聚丙烯多孔膜的表面改性［J］.南京工业大学学报:自然科学版，2012，34(1):71-75.

［35］李维红，刘鹏波，邹华维.聚丙烯微孔膜表面臭氧处理接枝改性的研究［J］.高分子材料科学与工程，2008，24(4):97-100.

［36］韩炳强.臭氧引发接枝制备聚偏氟乙烯(PVDF)亲水膜的研究［D］.北京:北京化工大学，2009.

［37］郭红霞，王平，陈翠仙，等.超高分子量聚乙烯微孔膜的亲水改性研究 (Ⅰ)臭氧活化接枝反应及其表征［J］.膜科学与技术，2006，26(1):7-10.