吸湿凉爽功能性纺织品的研究与开发

东华大学化学化工与生物工程学院，上海 201620

随着生活水平的提高，人们对运动、健身的热情不断增长，使得众多运动面料研发企业和服装生产企业看到了运动服饰制造领域巨大的发展空间。

吸湿凉爽包括三个方面：“吸湿”就是纤维从气态环境中吸收水分；“凉”就是降温凉快；“爽”就是干爽、快速排汗。由于汗液干燥需要气化热，这就抑制了体温的上升。也就是说，当人体所产生的汗液能很快地发散、气化，与皮肤相接触的布料部分是干爽的，穿着者就有凉爽的感觉[1]。然而，目前针对吸湿排汗、凉爽类综合功能性纺织品的研究还不够深入，尚存在各种问题急需解决，例如耐久性不佳，成本较高，对设备、工艺条件、生产环境要求较高等，这些问题制约了功能性纺织品的发展。本文研发了一种兼具吸湿排汗以及凉爽的功能性纺织品，它具有良好的吸湿排汗以及隔热凉爽性能。从纤维原料、织物结构以及后整理三方面进行研究，讨论其对纺织品功能性的影响，在纤维原料的选取、织物特殊结构的编织以及简便的后整理等工序方面进行改造、创新，大大提升了服装服饰成品的耐久性以及服用性能，成本也较为低廉，对于功能性纺织品的产业化开发具有一定的参考价值。

目前已有人对面料以及纤维的凉爽化改性进行了研究，例如Sophista纤维[2]以及凉爽锦纶纤维[3-5]等，但研究成果还比较少，整理剂方面的研究更少，因此在吸湿凉爽功能性纺织品方面还有许多需要探索的领域。本文主要探讨聚酯、聚醚类亲水整理剂的整理效果。

1 试验

1.1 试验材料及仪器设备

纤维原料：甲壳素纤维，细旦涤纶，超细涤纶，涤纶变形丝。

试剂：去离子水，十二烷基硫酸钠(SDS)，FS亲水整理剂，钛酸酯偶联剂。

试验仪器及设备：双面针织大圆机，纱线捻度仪，恒温磁力搅拌器，超声波振荡器，高温高压染色机。

1.2 试验原理

1.2.1 纤维原料及编织结构

本文制备的复合功能性多层面料由天然纤维以及疏水性异形截面纤维编织而成。内层甲壳素纤维本身具有绿色环保、抗菌除臭的特点，并具有一定的亲水性，能弥补疏水性纤维接触皮肤产生静电的缺陷，还具有良好的吸湿导湿性能。采用抽针的方法使织物内层的结构形成一个个的“沟道”，从而在织物表面形成一条条细微的导湿排汗通道，有利于皮表汗液因毛细芯吸效应迅速导出。中层细旦涤纶或超细涤纶是疏水性纤维，其具有四管道异形截面结构，表面也存在较多的毛细管，纤维间可以产生毛细效应。通过特殊的结构设计，以高密度点网状的方式连接面料的内层和外层，为汗水的传输提供通道，从而赋予织物优异的导湿性能。外层涤纶变形丝由于其本身的结构特点而具有优异的散湿性能，能够将内层和中间层纤维中的水分吸收并散发至周围环境中，使得衣物和人体之间保持干爽状态。另外，织物的内、中、外三层各有其特殊的结构特点，由于针织物的集圈结构，可以使织物表面与人体皮肤呈点、线式接触，能为纺织面料的吸湿排汗提供较好的传输通道，加速汗液蒸发，吸湿速干，使得人与衣物之间的微气候环境处于健康舒适状态[6]。

1.2.2 后整理

选取ZnO纳米分散液对织物进行处理，同时加入一定的分散剂、亲水剂等助剂，使得ZnO纳米粉体能够较好地吸附于织物表面。ZnO纳米粉体可使织物具有一定的抗紫外、远红外光反射、吸湿等性能，对光线有一定的屏蔽作用，具有一定的隔热凉爽效果[7-10]。分散剂SDS能使纳米ZnO的表面张力大大降低，有效地减弱ZnO纳米粉体的聚集，提升了纳米粉体在溶液中的分散稳定性[11-13]。非离子型亲水整理剂FS与阴离子型分散剂SDS的混合整理有较好的复配效果，可提高纳米织物的功能耐久性[14-15]。超声分散通过大幅弱化纳米粒子间的纳米作用能，有效地防止粒子团聚而使其充分分散。

1.3 试验方法

1.3.1 织物编织

选用甲壳素纤维、细旦涤纶、超细涤纶、涤纶变形丝等纤维原料，采用编织机进行编织，织成三层结构织物。内层为网眼组织结构，并采用抽针的方法使织物内层的结构形成一个个的“沟道”，从而形成密集的微细排汗管道；中层以高密度点网状的方式连接面料的内层和外层，为汗水的传输提供通道；外层则编织成密集型的平针组织结构。

1.3.2 后整理

(1) 复配整理剂的制备。首先配制不同质量分数的ZnO分散液。取一定量的去离子水，称取适量ZnO纳米粉体，加入去离子水，同时加入0.8% 质量分数的SDS分散剂，采用磁力搅拌器搅拌0.5 h，超声处理1.0 h。然后按照n(SDS)∶n(FS)=1∶1，往分散液中缓缓加入亲水整理剂FS，调节分散液的pH值为9～11，再对分散液体系进行磁力搅拌0.5 h，室温超声处理1.0 h，即得最终整理剂。

(2) 整理工艺。将配制好的ZnO纳米分散液置于高温高压染色机的反应釜中，然后放入所编织的织物，再加入适量的偶联剂。开启高温高压染色机，先以2.2 ℃/min的升温速率升到80 ℃，在此温度条件下保温处理15 min，再以2.2 ℃/min的升温速率升到100 ℃，在此温度条件下再次恒温处理15 min。处理完毕后，用去离子水将面料冲洗3次，最后在105 ℃的烘箱中烘干，即得最终样品。

1.4 织物性能测试

1.4.1 吸湿性

织物毛细效应按照FZ/T 01071—1999《纺织品毛细效应试验方法》测试，毛细效应越大表示织物的亲水性越好。

1.4.2 快干性

织物快干性按照GB/T 21655.1—2008《纺织品 吸湿速干性的评定 第1部分：单项组合试验法》测试，蒸发速率越快表示织物的快干性越好。

2 结果与讨论

2.1 吸湿性

织物的吸湿性测试结果如表1所示。

表1 织物吸湿性测试数据

由表1可知：随着织物中亲水整理剂FS的增加，织物的毛细效应逐渐增加，即织物具有较好的亲水性能；当n(SDS)∶n(FS)=1∶1时，织物的吸湿性能提升较大，原因是亲水整理剂FS为非离子型表面活性剂，与阴离子型分散剂SDS混合使用时能提高织物的整理效果。

2.2 快干性

织物的快干性测试结果如表2所示。

表2 织物快干性测试数据

由表2可知，随着亲水整理剂FS的增加，织物的快干性有所提升，一方面是因为随着FS的增加，织物的吸湿性能有所提高；另一方面是由于所编织织物结构的特殊性，使得织物具有较好的排汗、导湿性能，故织物的快干性能有所提升。当n(SDS)∶n(FS)=1∶1时，织物的快干性能有所提升。

2.3 织物内外表面温差

织物的内外表面温度测试结果如表3所示。

表3 织物内外表面温度测试数据

由表3可知：随着分散液中ZnO质量分数的增加，织物内外表面的温差增大，说明其具有一定的隔热效果，这是因为ZnO纳米粉体具有一定的抗紫外、远红外光反射等功能，其可对织物进行“凉爽化”整理[16]；随着SDS质量分数的增加，织物隔热效果提高，这是因为SDS能提高ZnO纳米粉体的分散稳定性，从而提高织物的整理效果。

3 结论

(1) 随着亲水整理剂FS质量分数的增加，毛细效应增大，织物的吸湿性有所提升。

(2) 随着ZnO质量分数的增加，织物的内外表面温差增大，织物的“凉爽化”效果有所提升。

(3) 当n(SDS)∶n(FS)=1∶1时，织物的综合整理效果显著提高，服用性能较佳。