无氟拒水整理洗后晾干拒水效果研究

北京中纺化工股份有限公司 北京 100176

1 引言

近年来，登山、滑雪、野外垂钓、野外摄影等户外运动在国内越来越受到欢迎，人们对专业户外设备的需求也越来越高，因此，服装品牌商也推出了相应的专业功能服，这些户外装备让我们在享受运动乐趣与自然之美的同时给予消费者更佳的舒适体验。著名运动品牌商耐克早在上世纪90年代就推出了第一款全天候装备（All Conditions Gear），主要功能包括耐磨、轻量化、防风、保暖、拒水。随着户外装备的持续火热，耐克于2014年年末在ACG系列中添加了更多的时尚元素，而The North Face、Patagonia等专业户外品牌也不断推陈出新。

在户外装备的多种功能中，拒水性能是一种可视化效果较好、容易测试的特殊功能，常常作为卖家的宣传点。与户外装备市场的持续火热不同，纺织品助剂商自2005年以来面临的挑战更加严峻，随着人们环保意识的加强和环保组织的压力，含有全氟辛基类的有机氟防水剂（C8防水剂）与全氟己基类的有机氟防水剂（C6防水剂）正在区域性的逐步限制和禁用。自2010年以来完全不含有机氟的无氟防水剂成为助剂商重点研发的产品[1-2]。

户外面料多以涤纶、尼龙等化纤面料为主，为应对户外复杂环境，对衣物耐洗涤性能和洗后干燥方式提出了更高的要求，即洗后晾干（Laundry-Air-Dry）拒水性能。洗后晾干又可以细分为室内晾干（Line dry in shade）和室外晒干（Line dry in the sun）。本实验使用北京中纺化工股份有限公司研制的有机-无机纳米无氟防水整理剂CWR-8GX对涤纶、尼龙面料进行整理，考察洗后室内晾干（25℃）、40℃低温烘干、60℃滚筒烘干对CWR-8GX在涤纶、尼龙面料上拒水效果的影响，进而研究洗后室内晾干拒水的最佳工艺条件。

2 实验部分

2.1 主要原料和设备

面料：尼龙（70D×160D/225T，红色）、涤纶（50D×50D/300T，橘色）

试剂：无氟防水剂CWR-8GX（北京中纺化工股份有限公司）

仪器：实验室（卧式）轧车MU504A(北京纺机所装备技术公司)、快速定型烘干机R3(厦门瑞比精密机械有限公司)、101型鼓风干燥烘箱（北京永光明公司）、Y(B)089E型全自动缩水率试验机 (温州大荣纺织仪器有限公司)、XQG80家用洗烘一体滚筒洗衣机(德国西门子公司)、SL200B 接触角仪（深圳瓦力仪器设备有限公司）、TM3030 台式扫描电镜（日本日立公司）

2.2 拒水整理应用工艺与性能测试标准

工作液配方/( g·L-1)：无氟防水剂 CWR-8GX/20～100；

工艺流程：一浸一轧（轧液率50%～70%，轧车压力0.3 MPa，轧车转速6r/min，整理液体积200mL）→烘干（100℃～110℃，2min）→焙烘（130℃～180℃，1min）→回潮待测。

2.3 性能测试

（1）拒水性能：按照GB/T 4745-1997 《纺织织物 表面抗湿性测定 沾水试验》进行测试。

（2）耐水洗：按照GB/T 8629-2017 《纺织品 试验用家庭洗涤和干燥程序》进行测试。

（3）接触角：采用SL200B 接触角仪测定，测试样品5处接触角，取平均值。

（4）扫描电镜测试：采用TM3030型扫描电镜进行观测。

图1 防水剂质量浓度对拒水等级的影响

图2 加工焙烘温度对拒水等级的影响

图3 防水剂质量浓度对洗后室内晾干拒水等级的影响

表1 不同洗涤次数、烘干方式对拒水性能的影响

3 结果与讨论

3.1 拒水整理工艺优化

按2.2的工艺，调节无氟防水剂CWR-8GX质量浓度在 20g /L～100 g /L，分别对红色尼龙和橘色涤纶进行整理，110 ℃预烘 1 min，150 ℃焙烘 1 min。整理织物的初始拒水效果见图1。

从图1可以看出，随着无氟防水剂CWR-8GX质量浓度的提升，在低用量下拒水等级明显提升，高于60g/L时在实验用尼龙、涤纶面料上已经达到了拒水最高等级5级，因此我们选定工艺用量为60g/L，研究焙烘温度对拒水效果的影响。

按2.2的工艺，固定无氟防水剂CWR-8GX质量浓度在60 g /L，分别在110 ℃预烘 1 min，130℃ ～180℃焙烘1min对红色尼龙和橘色涤纶进行整理。整理织物的初始拒水效果见图2。

从图2可以看出，随着加工温度的提升，在60g/L用量下拒水等级有提升，在130℃～140℃焙烘1min拒水效果较差可能是因为防水剂不能很好的在织物表面成膜，当温度高于160℃时在实验用尼龙、涤纶面料上已经达到了拒水最高等级5级，但加工温度过高可能引起织物黄变同时也浪费能源，因此我们选定160℃为最佳焙烘温度，研究织物的耐洗涤性能。

3.2 洗后晾干拒水性能研究

按3.1的最佳工艺条件，无氟防水剂CWR-8GX质量浓度60g/L，在110 ℃预烘1 min，160℃焙烘1 min，对实验用尼龙、涤纶面料采用GB/T 8629-2017中的4N程序洗涤进行拒水性能研究，分别考察洗涤5次、10次、20次、30次、40次的室内晾干（25℃×24h）、40℃低温烘干（6h）、60℃滚筒烘干（30min）拒水性能。（见表1）

从表1的测试结果可以看出，干燥方式的不同对洗后拒水性能影响很大，其中40℃低温烘干在鼓风烘箱中进行，模拟的是户外晒干[3]。60℃烘干使用家用滚筒烘洗衣机进行，模拟家庭日常烘干。随着烘干温度的升高，洗后拒水性能都有所提升，但通过40次4N程序洗涤后室内晾干的测试面料均只能达到拒水2级，因此我们通过提高防水剂用量研究洗后性能。

按3.1的最佳工艺条件，无氟防水剂CWR-8GX质量浓度分别为60g/L、70g/L、80g/L、90g/L、100g/L进行40次4N程序洗涤后室内晾干的测试面料拒水等级见图3。

图4 80g/L无氟防水剂CWR-8GX整理后的尼龙、涤纶洗前和洗后对比

图5 不同烘干温度的接触角测试

从图3可以看出，当防水剂用量从60g/L提高到80g/L后经过40次4N程序洗涤后，室内晾干拒水有提升，但用量高于80g/L以后均保持在3级不变。在40次4N程序洗后室内晾干的洗涤干燥条件下，无氟防水剂CWR-8GX的最佳用量为80g/L。

3.3 织物纤维表面微观结构

使用扫描电镜、接触角测试仪对80g/L无氟防水剂CWR-8GX整理后的尼龙和涤纶，以及经过40次4N程序洗后室内晾干的尼龙和涤纶进行表征，测试结果见图4。

从图4中可以看出，洗前织物纤维表面有明显的颗粒附着物，这是无氟防水剂CWR-8GX通过整理定型后在织物表面成膜形成的。洗后依然能明显的观察到附着在纤维表面的颗粒附着物，表明通过40次4N程序洗涤后无氟防水剂在纤维表面附着的膜依然存在，无氟防水剂CWR-8GX与尼龙、涤纶纤维之间有较好的附着力。通过接触角测试可以看出，洗后室内晾干的面料与水的接触角明显下降，这主要是受到表面自由能的影响，在洗涤过程中面料纤维与水接触，使得介于纤维与水之间的无氟防水剂聚合物疏水链段有向油性纤维方向迁移的倾向，形成疏水链段包埋现象[4]。

对上述40次4N程序洗后室内晾干的尼龙面料，进行梯度温度烘干后测试接触角。具体操作为：在面料表面标记5个测试范围，测试完室内晾干接触角后放入30℃烘箱1小时后取出冷却至室温后在标记范围内测试接触角，将测完的面料放入40℃烘箱1小时后取出冷却至室温后再测试，之后烘干温度每次升高10℃，直至70℃为止。结果见图5。

由图5可知，随着烘干温度的提升，面料与水的平均接触角也有所提升，这是由于在表面自由能的作用下，极性较高的疏水链段开始从包埋状态向空气界面迁移，这一迁移受到环境温度影响，温度越高迁移速率越快，在60℃烘干后平均接触角达到140°，但随着温度再增加接触角变化不再明显，已经达到了疏水链段迁移极限，增加温度或烘干时间不能提高平均接触角度数，无发达到洗前148°的主要原因是洗涤过程中附着在纤维表面的疏水层在长时间机械作用力下会有部分脱落，破坏了疏水层的完整性。

4 结论

（1）无氟防水剂CWR-8GX在尼龙、涤纶面料上的洗后室内晾干的最佳工艺条件为：80g/L用量，在110 ℃预烘 1 min，160℃焙烘 1 min。可以达到初始拒水5级，40次4N洗后室内晾干（25℃×24h）拒水3级。

（2）无氟防水剂CWR-8GX是一种耐洗型防水剂，经过整理后能在尼龙、涤纶纤维表面成膜，并有较好的附着力。洗后干燥条件对拒水性能影响很大，随着干燥温度的提高洗后拒水效果越好，使用家用洗烘一体机60℃烘干面料可以达到最优的洗后拒水效果。

（3）影响洗后拒水效果的主要原因有：疏水层与纤维表面的附着力强弱以及干燥方式的不同，其中干燥方式主要受到干燥温度影响，温度越高在洗涤时被包埋的疏水链段越容易迁移到空气界面中，从而达到更好的拒水性能。

【参考文献】

[1]陈荣圻.关于全氟辛烷基磺酸的限制销售与使用[J].印染助剂,2007,24(4):44-45.

[2]马晓华.绿色和平呼吁时尚品牌“去毒”[J].西部皮革,2015,(8):48-48.

[3]桂荣娜,易兵,严涌等.干燥方式对涤纶防水防油耐久性的影响[J].印染,2015,(20):37-39.

[4]耿耀宗,曹同玉.合成聚合物乳液制造与应用技术[M].北京：轻工业出版社,1999.