无氟防水剂对织物与粘合衬剥离强度的影响

宋泽华 李翔

北京中纺化工股份有限公司 北京100176

1 引言

随着欧盟禁令的出台，C8防水剂等受到限制并逐步被禁用。C6和C4防水剂在毒性和生物累积性上的危害有所降低，其安全性能仍需验证[1]。作为PFOS和PFOA的代替品，无氟防水剂的开发和应用已成为防水剂领域最热门的方向。

衬布由于其保型、定型和造型的作用，经常作为重要的辅助材料用在服装成型过程中[2]。粘合衬即涂有热熔胶的衬里，可使得服装舒适、挺括、穿着美观、洗后平整。粘合衬与面料粘合后，将这个组合体分离所需的力即为剥离强度[3]。剥离强度的大小直接影响纺织品的质量和寿命。

近年来，户外运动在国内备受欢迎，消费者对户外装备专业程度的要求也越来越高[4]。大多数户外功能性服装都需要一定的防水性，因此经过防水处理的面料与粘合衬的剥离强度对于这类服装的防尘、防水和防风保暖性尤为重要。为探究无氟防水剂处理对织物与粘合衬剥离强度的影响，本文选用户外面料之一的涤纶，并使用软、薄且弹性良好的复合聚氨酯（PU）粘合衬与之组合，进行实验并分析。

2 实验部分

2.1 主要原料和设备

面料：涤纶（50D×50D / 185T，蓝色）

试剂：无氟防水剂CWR-8X（固含量30.9 %，pH=3.72，北京中纺化工股份有限公司）、无氟防水剂R3（固含量25.4%，pH=4.00，美国亨斯迈集团）、无氟防水剂ECO PLUS（固含量19.4 %，pH=3.70，德国鲁道夫集团）

仪器：快速定型烘干机R3（厦门瑞比精密机械有限公司）、实验室（卧式）轧车MU504A（北京纺机所装备技术公司）、热风缝口密封机T-2（江门市江海区俊百机械有限公司）、电子织物强力机YG026MG-250（温州方圆仪器有限公司）、OCA25接触角测量仪（德国Dataphysics仪器股份有限公司）、Phenom Pro飞纳台式扫描电镜（复纳科学仪器有限公司）

2.2 测试标准及方法

拒水能力：按照GB/T 4745-1997《纺织织物 表面抗湿性测定 沾水测试》进行测试；剥离强度：按照FZ/T 8007.1-2006《使用粘合衬服装剥离强度测试方法》进行测试。

拒水整理工艺：185T样布（剥离强度测试150×300 mm / 普通防水测试150×150 mm）一浸一压（轧车转速6 r·min-1，轧车压力0.3 MPa，工作液体积200 ml）后定型机烘干（170℃，90 s）。

试样粘合：将粘合衬和185T样布平放在热风缝口密封机（热风温度330℃，压力0.4 MPa，车速8m·min-1）上并进行压烫，粘合衬在上层直接被热风加热。

剥离强度测试：粘合衬与布料分别用上、下铝制夹持器固定，电子织物强力机预拉长度5mm，拉伸100mm，上升速度100 mm· min-1；接触角测试：4 µL去离子水滴到待测布表面进行测试；扫描电镜：样品液氮冷却后淬断，观察断裂横截面。

3 结果与讨论

3.1 无氟防水剂浓度对织物与粘合衬剥离强度的影响

将无氟防水剂CWR-8X配制成200 mL，浓度为10g·L-1～50 g·L-1的工作液，每10 g·L-1为一梯度，对涤纶185T样布按照测试方法中的拒水整理工艺进行整理，并以未处理的原布作为对比样。将上述样布与复合PU衬布通过热风缝口密封机粘合成组合体后，在织物强力机上进行剥离强度测试。

测试结果见图1，可以观察到低用量（10 g·L-1）防水剂处理的样布与粘合衬形成组合体的剥离强度明显小于未经处理样布制备的组合体。原因有两方面，一是拒水处理过程中，无氟防水剂中所含的大量丙烯酸酯长链由于其优秀的运动能力而聚集在织物表面，在烘干时形成的结晶一定程度阻碍了粘合衬中热熔胶胶粒与处理后织物的结合；二是由于无氟防水剂中大量的甲基屏蔽了表面能高的织物表面，使得组合体更容易被剥开。

随着CWR-8X用量的增加（10g·L-1～ 40g·L-1），织物经向上组合体的剥离强度呈下降趋势。因为在此过程中，单位面积织物表面上防水剂结晶的厚度、完整度和甲基的数量增加，导致热熔胶与织物结合位点减少，难度提升。而在高用量下（40 g·L-1～ 50 g·L-1），组合体的剥离强度变化趋于平稳，这可能由于防水剂形成的结晶已在织物表面达到饱和状态，覆盖住大部分胶粒和面料的结合部位。经向和纬向上，不同浓度的无氟防水剂对于处理后面料与粘合衬的剥离强度影响趋势相同，而相同浓度下经向剥离强度明显大于纬向剥离强度，推测是因为这种面料的纺织方式导致经向比纬向有更多的胶粒结合位点。

3.2 无氟防水剂种类对织物与粘合衬剥离强度的影响

将无氟防水剂CWR-8X、R3和ECO PLUS分别配制成200 mL，50 g·L-1的工作液，对涤纶185T样布按照测试方法中的拒水整理工艺进行整理，并将上述样布与复合PU衬布通过热风缝口密封机粘合成组合体后，在织物强力机上进行剥离强度测试。

测试结果见图2。经向上，CWR-8X、R3和ECO PLUS的剥离强度分别为1.76 N、1.50 N和1.61 N，纬向上3种无氟防水剂的剥离强度分别是1.27 N、1.06 N和0.96 N。不同防水剂种类对织物与粘合衬剥离强度的影响，与防水剂配方中单体种类和比例、固含量、pH值等因素直接相关。3种无氟防水剂处理的面料经向上剥离强度均大于纬向的剥离强度，符合上述3.1部分中的规律。

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3.3 经过处理后的防水性能以及与粘合衬组合体的微观结构

为讨论织物防水等级和剥离强度的关系，将无氟防水剂CWR-8X、R3和ECO PLUS分别配制成200 mL，10 g· L-1、20 g· L-1、50 g· L-1和80 g·L-1的工作液，对185T样布采取拒水整理。按照GB/T 4745-1997对低、中用量下防水剂处理的面料进行防水等级评估，结果见表1。低、中用量下的防水等级都 是CWR-8X最 高，R3、ECO PLUS次之。为了进一步验证防水性能的强弱，对3种防水剂处理过的样布进行接触角测试，结果见图3。当CWR-8X用量从50 g· L-1（图3a）增加到80 g· L-1（图3b）时，拒水处理后的185T接触角从126°增长到141°。在80 g· L-1下，CWR-8X、R3和ECO PLUS（分别为图3b、3c、3d）接触角分别为141°、133°、127°，即高浓度下拒水能力的高低与中低浓度下的排序相同。

为了更直观地观察面料与粘合衬结合的微观结构，对原布及防水处理后的面料与粘合衬形成的组合体进行扫面电镜测试。防水处理所用浓度为50 g·L-1，将准备好的组合体低温淬断，观察横截面，见图4。图4中可清晰观察到织物纤维、粘合衬中的热熔胶以及两者的结合部位。原布与粘合衬的组合体即图4a，织物纤维与热熔胶紧密贴合，而防水处理过的面料（图4b、4c、4d中面料使用的防水剂分别是CWR-8X、R3和ECO PLUS）所组成的组合体中，纤维与热熔胶的结合都明显没有原布牢靠，图4c中甚至可以看到纤维与胶体发生脱离，但也可能二者是在淬断处理时被剥离开。微观所见的纤维与热熔胶的脱离情况与剥离强度密切相关，由此推测环境和力相同的情况下，微观测试可能成为剥离结果可视化及测量、比较剥离强度的新方法。

4 结论

织物在拒水处理时，所用无氟防水剂的浓度越高，其与粘合衬形成的组合体的剥离强度越低。主要原因是织物烘干定型过程中，防水剂在织物表面形成的晶体结构阻碍了粘合衬中热熔胶与面料表面的结合。

织物经不同种类的无氟防水剂拒水处理后，其与粘合衬形成的组合体剥离强度的高低，与防水剂配方中单体种类和比例、固含量、pH值等因素有关。

扫描电镜可以直接观察到织物纤维与粘合衬中热熔胶的结合和剥离情况，微观测试可能成为剥离结果可视化及测量、比较剥离强度的新方法。