疏水图形及面积对棉织物吸湿快干性能的影响

张璐璐， 丁 放， 胡雪燕， 王鸿博， 杜金梅

(1. 生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122； 2. 江苏省功能纺织品工程技术研究中心， 江苏 无锡 214122)

疏水图形及面积对棉织物吸湿快干性能的影响

张璐璐1，2， 丁 放1，2， 胡雪燕1，2， 王鸿博1，2， 杜金梅1，2

(1. 生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122； 2. 江苏省功能纺织品工程技术研究中心， 江苏 无锡 214122)

为改变织物表面亲疏水性能，达到吸湿快干效果，采用印花方式对棉织物进行单面局部疏水整理。通过测试整理后织物吸湿、放湿、透湿、润湿、耐洗等性能，研究了疏水整理图形形状(正方形、圆形、十字形、三角形、五角星形)、疏水整理图形所占面积比例(20%、40%、50%、60%、80%、100%)及疏水整理图形大小对整理后棉织物吸湿快干性能的影响。结果表明，采用正方形图案，疏水面积占总面积比例为50%，疏水整理图形以小尺寸为宜时，整理对棉织物原有吸湿性影响较小，同时能提高棉织物的放湿速率，棉织物具有了优异的吸湿快干性能，且耐水洗牢度较高。

棉织物； 吸湿快干； 放湿性； 透湿性； 疏水整理; 疏水图形

纯棉织物透气性好，对皮肤刺激小，在一般状态下，可满足消费者对热湿舒适性的要求；但在高温高湿环境或者运动后，棉纤维会吸附大量的水分，且散湿较慢，人体产生闷热的感觉[1]。这是由于棉纤维吸湿后会膨胀，织物间孔道变小，皮肤和服装间的微气候以及外界环境之间的热交换和湿交换受到了阻碍；同时，水分的缓慢蒸发会让人们产生阴冷感[2-4]。国外的Rearick、WiLLiam A等一直致力于纤维素纤维的吸湿排汗整理领域的研究，他们研究出了一种芯吸能力较好，吸湿能力较差的新颖的纤维素纤维材料，同时对如何利用这种材料开发吸湿快干类产品做了进一步深入。国内主要是利用吸湿性不同的纱线，通过斜纹组织织造成内外层不同亲疏水性的双侧结构单向导湿织物[5]。总体来说，国内外对吸湿快干织物的研究并不多。提高棉织物的吸湿快干性能，可有效提高其服用舒适性，更加满足人们的实际需求，是市场趋势所在，因此，该功能纺织材料具有重要的研究与生产意义[6]。

本文研究基于吸湿排汗快干棉织物的研究现状，通过平网印制的方法在织物上进行单面疏水整理，使疏水剂以一定的图形分布在织物的一侧，同时控制渗透深度，使织物的一侧为亲水性，一侧为部分疏水，构成亲疏水双侧结构，通过优化印制图形及面积来控制整理程度，以达到理想的导湿快干效果。

1 实验部分

1.1实验材料

棉织物，经纬纱线密度为14.58 tex，经纬密分别为524、283根/10 cm，华纺股份有限公司。

疏水剂BAYGARD-40178(拓纳化学)，增稠剂DM-5263、黏合剂DM-5128(广东德美精细化工股份有限公司)，涂料大红L-36(无锡星光化工有限公司)，无水氯化钙(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，LHS-150HC-Ⅱ恒温恒湿箱(上海一恒科技有限公司)，DUG-9053A电热鼓风干燥机(上海精宏实验设备有限公司)，R-3定型烘焙机(瑞比染色试机有限公司)，SW-12A型耐洗色牢度试验机(无锡纺织仪器厂)。

1.2实验方法

1.2.1图案印制

印花色浆组成为：疏水剂(质量分数为15%)，增稠剂(质量分数为3%)，黏合剂(质量分数为2%)。为方便观察改性后的织物，色浆中添加微量涂料大红L-36。调配好后，将棉织物置于丝网下方对齐，刮印，将印好烷烃类整理剂的织物在80 ℃下预烘2 min，在焙烘机中150 ℃焙烘5 min，室温水洗，然后于105 ℃烘干2 min。

1.2.2疏水面积的影响

疏水图案为正方形，改变疏水部分的面积(20%、40%、50%、60%、80%)。

1.2.3疏水图形的影响

疏水面积为50%，疏水图案选择正方形、圆形、十字形、三角形、五角星形。

1.3织物性能测试及表征

1.3.1织物吸湿性能测试

将织物于105 ℃中烘干，得到绝干质量M0；然后将织物放入恒温恒湿箱(温度为20 ℃，相对湿度为65%)中吸湿，直至平衡，称得质量为M1[6]。按下式计算回潮率，以回潮率W表示织物吸湿性能。

W=M1-M0/M0×100%

1.3.2织物透湿性能测试

根据GB/T 12704.1—2009《织物透湿量测定》，测量织物透湿量WVT(蒸发法)，得到单位水蒸气压差下，规定时间内垂直通过单位面积试样的水蒸气质量[7-8]。

1.3.3织物放湿性能测试

织物吸水饱和后，二浸二轧，轧液率为100%。织物放置在恒温恒湿(温度为20 ℃，相对湿度为65%)环境中放湿，定时称量织物质量，直至质量恒定，针对其绝干质量，计算出各个时刻的相对含水率。

M=△M0/△M×100%

式中：△M为轧压之后织物的质量与绝干质量之差；△M0为放湿某个时刻织物质量与绝干质量之差。

1.3.4织物润湿性能测试

将100 μL水在距织物1 cm处正上方滴于织物亲水部分正中心，5 min后分别测量织物在经向和纬向上润湿长度。每个布样在不同位置滴加5次求取平均值。记录每滴水滴渗入织物时间，将平均值作为该布样的水滴渗透时间。

1.3.5织物耐洗性能测试

参照AATCC-61—2010《耐水洗色牢度》，对织物耐洗性能进行测试。设定温度为49 ℃，每45 min为1个水洗程序，它相当于5次普通家庭洗涤。分别对织物进行1个和5个程序的水洗，测量洗涤前后织物水接触角，比较织物不同部位亲疏水性能的变化。

图1 采用不同疏水面积比例整理后的棉织物照片Fig.1 Images of treated cotton fabric with different proportions of hydrophobic area

图2 采用不同疏水图形整理后的棉织物照片Fig.2 Images of treated cotton fabric with different hydrophobic patterns. (a) Square; (b) Circle; (c) Triangle; (d) Pentagram; (e) Criss-cross

2 结果与讨论

采用印花工艺制备的棉织物具有双侧不对称亲疏结构，通过改变整理侧织物的疏水部分所占总面积的比例(图1)和疏水图形(图2)来研究这2个因素对织物吸湿快干的影响。

2.1疏水整理面积比例的影响

采用印花工艺将整理剂施加到棉织物后，织物整理侧与非整理侧由于亲疏性不同形成湿润性梯度，水分自发从疏水性区域向亲水区域传递，使得织物单向导湿的效果变好[9]，可提高织物的吸湿快干性能。固定其他实验参数，研究疏水面积所占总织物面积的比例对改性后棉织物放湿性能及其他性能的影响，结果如图3和表1所示。

由图3可看出，不同比例疏水面积整理的棉织物，织物在前40 min之内放湿速率(单位时间内织物相对含水率改变)较快，之后则趋于稳定。在放湿的前40 min里，当疏水整理面积为50%左右时，织物放湿速率最快；当疏水整理面积为20%和40%时，由于织物疏水区域较小而亲水区域较大，疏水作用不明显，织物整理侧与非整理侧形成的湿润性梯度不明显，水分与织物接触时多集中在亲水区域，不利于水分的扩散和传导，故整理对织物的导湿效果影响不大。疏水面积比例为60%和80%时，放湿速率明显低于疏水面积比例为50%的织物。这是因为当疏水面积过高时，整理侧织物的表面由低表面能物质覆盖总面积较大，导致水分渗透速率下降，影响织物的放湿效果。织物整理侧的疏水面积比例应控制在40%～50%。这是因为在该比例范围内，整理图形内整理剂与纤维发生交联作用对纤维有一定的规整包覆作用，使织物孔隙更加通畅；未整理区域面积适中不会阻碍水分的扩散和渗透，产生有效的芯吸导湿作用。

图3 不同整理面积对棉织物放湿性能的影响Fig.3 Influence of different finishing areas on moisture desorption of cotton

疏水整理面积比例/%透湿量/(g·(m2·h)-1)回潮率/%渗透距离/cm经向纬向水滴渗透时间/s076.486.574.914.20<0.52064.726.465.144.631.014062.786.215.064.462.555064.026.205.554.322.586065.966.146.085.052.608063.316.036.486.534.0510062.255.687.086.96>3000

由表1可看出，经印花方式整理织物的透湿量下降均比较明显。不同疏水整理面积比例对织物透湿性能的影响结果显示，随着整理面积的增大，织物的透湿量稍有变化，但变化范围不大。由此可见，采用印花方式对织物表面进行局部疏水整理对织物的透湿性能有较大影响，但具体的疏水面积比例之间没有较大差异。由于纤维素分子上具有大量的羟基，未经整理的棉织物回潮率较高，具有良好的吸湿性能。经过疏水剂整理后，封闭了纤维素分子上的部分羟基，导致回潮率下降。随着疏水面积比例的增大，织物回潮率(吸湿性)逐渐降低。水滴在织物经纬向上的渗透距离显示了水分在织物不同方向上的扩散能力。当有水接触到印花面的不含整理剂的亲水部位时，水会沿着该部位纤维发生织物表面经纬向上(横向)以及印花面到非印花面由里到外(纵向)的渗透。由表1中的织物经纬向渗透距离和水滴渗透时间可知，相同体积的水滴在织物表面(横向)和织物由里到外(纵向)的渗透时间随着疏水面积的增大而不断延长。这是因为疏水区域会阻碍水滴在织物各个方向上的扩散，水滴只能沿着印花面未施加疏水整理织物的经纬向上渗透，到达疏水区域边界时，扩散和渗透受阻。未经整理的织物，水滴会在织物表面形成近圆形的润湿，而整理后水滴只能在未施加整理剂的区域扩散，形成非圆形润湿，会导致水分的扩散面积增大，有利于水分的传导，提高其散湿能力。由于水分只能沿非印花部分扩散而不能成圆形向织物各个方向渗透，所以相同体积水滴的渗透时间延长，意味着水分也就不能较快完成纵向扩散，到达接触外界空气的外层。在服用过程中，水分会长时间接触人的皮肤，影响织物的放湿性能。综合整理前后织物放湿、透湿、吸湿及散湿性能，疏水面积所占总织物面积为50%左右时，棉织物的吸湿快干性能较优异。

2.2疏水整理图形的影响

改变织物上的疏水图形，即改变水分接触织物时的渗透方向和距离，会影响织物的放湿性能。不同整理图形对棉织物放湿性能的影响如图4所示，处于疏水整理与未整理边界上的纤维因具有不同的亲疏水性能而具有不同的毛细管效应，疏水纤维间形成的附加压力大于未整理区域纤维毛细管形成的附加压力，从而在整理面到织物另一面、同一印花平面上整理图形到空白处形成附加压力差，加快织物的导湿效果。当图形为正方形时，在织物整理侧构成的非连续性疏水结构中亲水部分与疏水部分达到最佳接触形态，疏水部分与亲水部分形成的压力差促使织物的导湿效果加强，从而加快放湿速率。而十字形和五角星形与其相比，可能是因为亲水部分与疏水部分的交界线走向对织物中水分的转移产生影响，从而影响了水在织物上的渗透速率，使得放湿速率明显降低。

图4 不同整理图形对棉织物放湿性能的影响Fig.4 Influence of different finishing patterns on moisture desorption of cotton

表2示出疏水整理图形对织物吸湿快干性能的影响。由表可知，控制疏水面积比例为50%，改变疏水图形，织物的透湿量也会发生变化，疏水图形为正方形时透湿性能较好。这是因为在正方形整理条件下，织物中的纤维可形成明显的毛细差动效应，水分自发从接触皮肤面吸到接触外界空气面，加快了水分的传递。水滴在织物经纬向上的渗透距离显示，采用正方形图案整理的棉织物其散湿能力较好。综合不同整理图案下织物放湿、透湿、吸湿及散湿性能，采用正方形疏水图形整理棉织物的吸湿快干性能较优异。

表2 疏水整理图形对织物吸湿快干性能的影响Tab.2 Influence of hydrophobic finishing patterns on moisture management properties of fabric

2.3疏水整理图形大小的影响

图5示出整理图案为正方形、疏水部分占总面积比例为50%时织物放湿性能与整理循环图案大小的关系。图中整理图案所采用的正方形边长分别为0.12、0.24、0.36、0.48、0.60 cm。

图5 整理图形尺寸对棉织物放湿性能的影响Fig.5 Influence of square size on moisture desorption of cotton

由图5中前40 min放湿数据可知，整理图形的尺寸不宜过大。由于疏水面积占总面积比例一定，当单个图形尺寸较大时，单位面积内织物上亲疏水部分接触总长度减少，亲疏水部分形成的湿度梯度差减小，不利于水分的挥发。同时，单个疏水图案尺寸过大，织物的疏水部分以大面积的块状接触人的皮肤，则皮肤舒适感差；而图案尺寸越小，织物的疏水部分趋向于点状接触皮肤，皮肤主要接触连续的亲水部分，人体舒适感增强。综上，如果疏水部分占总面积比例一定时，疏水整理循环图形以小尺寸为宜，但要注意过小尺寸容易造成印花堵网问题。

2.4整理后织物的亲疏水性能

采用印花工艺在织物的一侧形成非连续的疏水图案后所构成亲疏水双侧结构，有利于在保持棉织物吸湿性能的基础上赋予其导湿快干效果。表3示出采用本文方法整理及水洗测试后织物疏水部分及亲水部分的水接触角。由表可知，疏水整理(图案)部分具有很好的疏水性能，且能经受25次家庭水洗，耐水洗牢度好。非疏水整理(非图案)部分能够直接吸收施加的水滴，表明其具有非常好的亲水性。经过多次水洗后，亲水部分仍保持很好的亲水性，没有发生疏水整理剂污染亲水区域的现象。

表3 水洗前后整理织物的接触角Tab.3 Contact angles of treated fabric before and after washing

3 结 论

1)采用印花工艺将疏水剂按照一定图形及面积单面整理到棉织物上后，整理面与未整理面出现湿度差时，整理面吸收的水分会自发向亲水区域移动。可见采用印花工艺对棉织物进行局部疏水整理能够改善棉织物吸湿快干性能。

2)通过研究整理前后织物放湿、透湿、吸湿、散湿性能发现，当疏水面积占棉织物总面积的50%，采用正方形图案可有效提高棉织物的导湿快干性能。

3)整理后织物具有较好的耐水洗牢度，且整理剂不会产生渗透阻碍作用。

FZXB

[1] 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. HE Tianhong, WU Yefang, YAO Jinbo，et al. New design ideas of moisture-absorbent and fast dry pure cotton knitted fabrics [J]. Knitting Industries, 2005(12): 41-43.

[2] 李亚娟.大运动量条件下吸湿快干服装热湿舒适性评价体系的研究[D].上海：东华大学, 2007: 66-67. LI Yajuan. Research on the evaluation system of the moisture absorbent & quick-dry functional apparel thermal and moisture comfort properties under heavy-load sport [D]. Shanghai: Donghua University, 2007: 66-67.

[3] 付刚, 刘许, 程璐. 棉织物组织结构对透湿性能的影响分析[J].棉纺织技术, 2008, 36(11): 56-57. FU Gang, LIU Xu, CHENG Lu. Effect analyses of cotton fabric texture to moisture permeability [J]. Cotton Textile Technology, 2008, 36(11): 56-57.

[4] 汪秀清, 张昌, 高猛. 单向导汗织物的热舒适性[J].纺织学报, 2010,31(10):40-44. WANG Xiuqing, ZHANG Chang, GAO Meng. Thermal comfort of single-direction-sweat-transmitting fabric [J]. Journal of Textile Research, 2010,31(10): 40-44.

[5] 何天虹. 纯纤维素纤维吸湿排汗快干织物的设计开发与研究 [D].天津: 天津工业大学, 2007: 25-40. HE Tianhong. Design, develop, and study of the moisture absorbent & dry-fast cellulose fabric [D]. Tianjin: Tianjin Polytechnic University, 2007: 25-40.

[6] 吴烨芳, 何天虹, 姚金波. 单向导湿织物的开发[J]. 纺织学报, 2006, 27(6):94-96. WU Yefang, HE Tianhong, YAO Jinbo. Development of the single-side moisture transported and dry-fast fabric[J]. Journal of Textile Research, 2006, 27(6):94-96.

[7] 汪南方, 凌群民, 翦育林.提高纯棉针织物的吸湿快干性能[J]. 印染, 2010, 36(23): 30-33. WANG Nanfang, LING Qunmin, JIAN Yulin. Improving moisture management property of cotton knits[J]. China Dyeing & Finishing, 2010, 36(23): 30-33.

[8] 杨秀月, 车映红, 赵霞. 纺织品透湿性测试方法的对比[J]. 染整技术, 2010(10): 47-50. YANG Xiuyue, CHE Yinghong, ZHAO Xia. Comparison of test methods for measuring water vapor permeability of textiles [J]. Textile Dyeing and Finishing Journal, 2010(10): 47-50.

[9] 郝习波, 李辉芹, 巩继贤.单向导湿功能纺织品的研究进展[J]. 纺织学报, 2015, 36(7): 157-161. HAO Xibo, LI Huiqin, GONG Jixian. Review on unidirectional water transport functional fabrics [J]. Journal of Textile Research, 2015, 36(7): 157-161.

Influenceofpatternandratioofhydrophobicareaonmoisturemanagementpropertyofcottonfabric

ZHANG Lulu1，2, DING Fang1，2, HU Xueyan1，2, WANG Hongbo1，2, DU Jinmei1，2

(1.KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEucation,Wuxi，Jiangsu214122，China; 2.JiangsuEngineeringTechnologyResearchCenterforFunctionalTextiles，Wuxi，Jiangsu214122，China)

In order to improve moisture management property of cotton fabrics, local hydrophobic finishing by printing to change the hydrophobic properties of the fabric surface was carried out.The influence of pattern (square, circle, cruciform, triangle and pentagram), ratio of hydrophobic area(20%、40%、50%、60%、80%、100%) and size of hydrophobic pattern on moisture absorption, desorption, water vapor permeability，wetting and washing resistance of cotton fabric were studied. It is found that when a square pattern is adopted and the ratio of hydrophobic area to the total area of cotton fabric is 50% with a appropriate size of hydrophobic pattern, with little influence on moisture absorption of cotton fabrics. The finished cotton fabric has good quick-drying property, and at same time it keeps good moisture management property and has a good washing durability.

cotton fabric; moisture management; moisture desorption; water vapor permeability; hydrophobic finishing; hydrophobic pattern

TS 190.8

：A

2016-04-22

：2017-06-03

江南大学自主科研计划重点项目(JUSRP51622A)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(苏政办发2011-137号)

张璐璐(1992—)，女，硕士生。主要研究方向为功能纺织品。杜金梅，通信作者, E-mail: jinmei_du@jiangnan.edu.cn。

10.13475/j.fzxb.20160406706