纱线防水整理及其针织面料性能研究

孙淑娟 张帆 杜平凡

摘要：采用C4氟系整理剂对纱线进行防水功能整理，在纤维表面和纱线表面形成防水膜层，提供针织物较好的防水性能。通过单因子实验，根据AATCC 22—2014标准对防水整理的腈纶/尼龙混纺纱制成的针织物进行喷淋测试与沾水性能评分，研究了防水剂溶液浓度、烘燥温度、烘燥时间、带液率对织物防沾水性能及其耐洗度的影响。结果表明：合理的整理工艺为防水剂溶液质量浓度120 g/L，浸渍30 min，烘燥温度100 ℃ ，烘燥时间25 min，带液率30%，针织物喷淋测试防沾水性能评分可达AATCC标准95分，5次水洗后85分。

关键词：纱线；针织物；防水；功能整理；喷淋测试

中图分类号：TP277

文献标志码：B

文章编号：1009-265X（2017）06-0076-05

Research on WaterRepellent Finishing of Yarns andPerformance of their Knitted Fabrics

SUN Shujuan1， ZHANG Fan2， DU Pingfan2

（1.Zhejiang Yingshanhong Textile Technology Co.， Ltd.， Jiaxing 314423， China； 2.SilkInstitute， College of Materials and Textiles， Zhejiang SciTech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract：The yarns were finished with C4 fluorine additive for water repellence to form a waterrepellent layer on the surface of fibres and yarns and promot the water resistance of knitted fabrics. Through single factor experiments， the fabrics knitted by mixedyarn of acrylic and nylon were scored for waterrepellence efficacy by spray test in accordance with AATCC 22-2014 standard， and the effects of concentration of waterproof solution， baking temperature， baking time， and liquid pickup rate on the water repellence and wash resistance were studied. The results show that the reasonable finishing technology is as follows： the concentration of waterproof solution 120 g/L， dipping time 30 min， baking temperature 100 ℃ ， baking time 25 min， and liquid pickup rate 30%. The waterrepellent efficacy of knitted fabrics in spray test reaches 95 scores under AATCC standard， and 85 scores after washing for 5 times.

Key words：yarn； knitted fabric； water repellent； functional finishing； spray test

戶外运动爱好者即使在冬季微雨雪天气也希望能够外出运动，因而希望保暖用的针织帽类产品具有一定的防水功能，使之不易润湿。纺织品防水功能通常通过织物的密度增加、表面绒毛处理的仿荷叶效果、整理剂对织物后整理处理、涂层或者层合的防水透汽膜处理获得[15]，但由于针织物的线圈结构特征，在外力拉伸下线圈形状和大小改变，具有较大的延伸性，致使通过整理剂对织物后整理处理获得的防水透汽膜层破裂，导致织物丧失防水功能。笔者提出采用的C4氟系整理剂对纱线进行防水功能整理，在纤维表面和纱线表面形成防水膜层，解决针织物在外力作用下防水膜层遭受破坏的问题，并符合禁止使用全氟辛烷磺酸盐（PFOS）和全氟辛酸铵（PFOA）的环保要求[67]。

1实验

1.1实验材料及设备

1.1.1实验材料

所用纱线为36 tex×2 80/20腈纶/尼龙混纺纱；防水剂采用3M公司的ScotchgardTM PM3635 C4防水剂，主要成分是全氟丁磺酸（C4F9SO3H），C4链短，具有极低的生物累积性，平均24h内就会降解，且产物无毒无害，同时又能提供高性能的防水功能。C4不易裂解，无C6、C8基团掺杂其中、无PFOS、PFOA的产生。

1.1.2实验设备

Y3小型液流染色机（无锡杨佳机械有限公司）、T95158B型脱水机（深圳先科集团）、DHG9140A型烘燥机（上海齐欣科学仪器有限公司）、GSJXHF42型手摇横机（常熟市国盛针织机械厂）、Y813型沾水度测试仪（常州市第一纺织设备有限公司）、HITACHI S4100型场发射扫描电镜（日立高新技术公司）。

1.2腈纶/尼龙混纺纱防水处理

将腈纶/尼龙混纺纱在一定质量浓度的防水剂溶液中浸渍一定时间，脱水控制带液率，并进行烘燥。工艺流程如下：色纱成绞→防水剂溶液浸渍→离心式脱水→烘燥。

1.2.1防水剂溶液配置和防水处理

表1试样编号1-3，防水剂溶液质量浓度调制100、120、140 g/L，浸渍30 min，脱水，带液率控制在约30%，在100 ℃下烘燥10 min。

1.2.2烘燥温度

表2试样编号4-6，防水剂溶液质量浓度调制120 g/L，浸渍30 min，脱水，带液率控制在约30%，在90、100、110 ℃下烘燥10 min。

1.2.3烘燥时间

表3试样编号7—10，防水剂溶液质量浓度调制120 g/L，浸渍30 min，脱水，带液率控制在约30%，100 ℃下烘燥5、10、15、25 min。

1.2.4带液率控制

表4试样编号11—13，防水剂溶液质量浓度调制120 g/L，浸渍30 min，脱水，带液率控制在约30%、45%、60%，100 ℃下烘燥25 min。

将防水处理后的36 tex×2 80/20腈纶/尼龙混纺纱试样1—13号在12针手摇横机上织成平纹针织样片。

1.3测试与表征方法

a）经20 mA，50 s的镀金后，在场发射扫描电镜下观测纤维表面防水剂沉积形态。

b）根据AATCC 22—2014标准[8]对织物进行喷淋测试，并进行沾水性能评分。

c）对织物进行标准家庭洗涤并摊平晾干[9]，分别在1次、3次、5次完整洗涤程序后，对织物进行喷淋测试，并进行沾水性能评分。

喷淋测试方法[5]：截取180.0 mm×180.0 mm的试样，在温度（21±1）℃、相对湿度（65±2）%的条件下调温调湿4h后，紧绷于试样夹持器上，并以45°放置，使织物的纵向顺着水流下的方向，将250 mL蒸馏水迅速倾入玻璃漏斗中，淋洒完毕，取起夹持器，使织物正面向下成水平，然后对着一硬物轻敲一下，再翻转180°，再次敲击原握持处，立即将试样与标准图片对照，评定防泼水级别，评定过程如图1。

织物经洗涤后，如果沉积在织物表面的防水剂脱落，将导致织物表面能增大，渐渐丧失防水性能，因此耐水洗也是防水织物的重要性能。本实验在对试样进行初始测试的基础上，进行了1次、3次、5次标准家庭水洗和干燥程序，并分别对其再次进行喷淋测试评分。

2结果与分析

2.1防水处理对纤维形貌与织物性能的影响

图2为场发射扫描电子显微镜下，整理前后的腈纶/尼龙混纺纱在放大5 000倍后的纤维表面形貌图。从微观上看，图2（a）所示的未经整理的纤维表面较为光洁，无颗粒附着，而图2（b）所示经防水处理后的纤维表面有0.1～0.5 μm的颗粒沉积，说明实验所用的防水剂附着在纤维表面，通过降低纤维的表面能，从而达到纤维防水的目的。

图3所示，腈纶/尼龙混纺纱经防水处理后，织物的防沾水性能显著提高，喷淋測试后，织物表面无润湿，仅有少量水滴附着，评分可达AATCC 95分（ISO 4级）。

2.2防水剂溶液质量浓度对织物防水性能的影响

图4为防水剂溶液质量浓度对织物防水性能影响的实验结果，由图4可知，随防水剂溶液质量浓度的提高，织物防沾水性能提高。

防水剂溶液质量浓度为100 g/L时，初次喷淋测试评分为90分（ISO 4），3次标准家庭洗涤与干燥后降为80分（ISO 3），5次洗涤后进一步降为75分（ISO 2）；防水剂溶液质量浓度自120 g/L起，织物的初始防沾水性能可达AATCC标准95分（ISO 4）；5次标准家庭洗涤与干燥后，防泼水性评分降为达到80分（ISO 3）。进一步提高防水剂溶质量液浓度至140 g/L后，防沾水性能及其耐洗度并未显著提升。

结合生产成本，防水剂溶液质量浓度为120 g/L时，织物的获得较好的防沾水性能。

2.3烘燥温度对织物防水性能的影响

丙烯腈均聚物只有侧向有序区，而没有明显的结晶区和无定形区，低序区的玻璃化温度Tg1为80～100 ℃，高序区玻璃化温度Tg2为140～150 ℃，而在引入第二、三单体后，Tg为75～100 ℃，水分较多时Tg还会下降到75～80 ℃。而且尼龙在高温条件下也会发生各种氧化、裂解反应。在实际生产中，烘燥温度超过110 ℃时，腈纶/尼龙混纺纱线会失去织造强力，出现频繁断纱的现象，故实验选择了90～110 ℃进行试验。

由图5可知，在防水剂溶液质量浓度120 g/L，烘燥时间10 min，带液率30%的整理工艺下，在实验控制的烘燥温度范围内，烘燥温度的提高对织物防沾水性能的提高并未有显著影响，但对其耐洗度的提高有一定作用。

烘燥温度为90 ℃时，织物防沾水性评分达AATCC 95分，但5次洗涤后降至70分（ISO 2）；100 ℃织物防沾水性达AATCC 95分（ISO 4）水平，5次洗涤后，降为80分（ISO 3）。烘燥温度提高至110 ℃时，防沾水性及其耐洗度未见进一步提高。因此，建议100 ℃为最佳烘燥温度。

2.4烘燥时间对织物防水性能的影响

图6显示了烘燥时间对织物防水性能的影响。由图6可知，烘燥时间对织物防水性能有一定影响，且这种影响随着洗涤次数的增加愈发明显。

烘燥温度为5 min时，织物防沾水评分达AATCC标准90分（ISO 4级），经3次标准家庭洗涤后，防沾水性能降低至70分（ISO 2），5次洗涤后仍为70分；当烘燥时间延长至10 min时，织物防沾水性评分达到AATCC标准95分（ISO 4级），经3次标准家庭洗涤后，防沾水性能降低至80分（ISO 3），5次洗涤后仍为80分；而将烘燥时间进一步延长至25 min时，防沾水性能趋向稳定，达95分（ISO 4），3次洗涤后仍可达90分（ISO 4），5次洗涤后仍达85分（ISO 3）。因此，建议25 min为最佳烘燥时间。

2.5带液率对织物防水性能的影响

图7为带液率对织物防水性能的影响。由实验数据可知，在防水剂溶液质量浓度120 g/L，烘燥温度100 ℃，烘燥时间25 min的工艺条件下，带液率对织物防沾水性能并没有明显影响，但随着水洗次数的增多，带液率对防沾水性能耐洗度的影响开始显现。

带液率在30%、45%时，带液率的提高并未进一步提高防沾水性能，防沾水性及其耐洗度均较好，防沾水性评分可达95分，经5次水洗后防沾水性评分为85分（ISO 3）；而带液率达到60%时，防沾水性耐洗度进一步提高，经3次洗涤后防沾水评分仍维持在95分（ISO 4），5次水洗后降至90分（ISO 4）。考虑带液率增加将提高能耗和成本，建议使用30%。

3结语

本文采用C4氟系整理剂对36 tex×2 80/20腈纶/尼龙混纺纱线进行防水功能整理，探讨了工作液质量浓度、烘燥温度、烘燥时间、带液率等参数对织物防水性能及其耐洗度的影响。研究表明，合理的整理工艺为防水剂溶液质量浓度120 g/L，烘燥温度100 ℃，烘燥时间25 min，带液率30%。此工艺条件下处理的针织物喷淋测试评分可达AATCC标准95分，5次水洗后85分。经防水整理后，在纤维和纱线表面形成防水膜层，赋予针织物较好的防水功能，开发帽类产品可满足冬季微雨雪天气外出运动时的保暖防水要求。

参考文献：

[1] 庄华炜，陈颖.拒水整理新进展[J].印染，2015（24）：51-52.

[2] 于磊，蔡东照，黄机质.基于孔径分布图的高密织物防水透湿性能[J].纺织学报，2014，35（12）：69-72.

[3] 趙磊.防水透湿织物的发展及其开发[J].上海毛麻科技，2013（1）：41-44.

[4] 杨栋樑.纺织品疏水化技术的进展（二）[J].印染，2012，38（1）：47-50.

[5] 刘静，齐鲁.拒水、导湿纤维材料的研究进展[J].合成纤维，2010，39（7）：14-17.

[6] SABINEA K. C8氟系防污整理剂大限将至[J].纺织导报，2012（4）：42-43.

[7] 赵虎.Sol-Gel法制备硅溶胶及对粘胶纤维的改性研究[D].广州：华南理工大学，2015.

[8] American Association of Textile Chemists and Colorists. AATCC 22—2014 Water repellency： Spray test [S]. North Carolina， USA： American Association of Textile Chemists and Colorists， 2014.

[9] International Organization for Standardization. ISO 63302012 TextilesDomestic washing and drying procedures for textile testing [S]. Geneva， Switzerland： International Organization for Standardization， 2012.

（责任编辑：陈和榜）