硅溶胶整理对双层吸水速干织物应用性能的影响

楚正兵，宋伟华，殷允杰，王潮霞

［1.江南大学纺织服装学院生态纺织教育部重点实验室，江苏无锡 214122；2.东丽纤维研究所（中国）有限公司，江苏南通 226009］

吸水速干面料随着运动的普及发展迅速，吸水速干性能的要求也越来越高。面料的芯吸高度、速干性在随着人们的要求不断被提升［1-2］。目前吸水速干面料的吸水速干性能主要由异形断面吸水速干纱线和吸水速干整理组合来获得［3］，但性能还不能满足市场的更高要求。为了获得更好的芯吸高度，双层结构的组织被研究使用，但还是只有很少织物的吸水速干性能满足目前的高要求［4-5］。为了获得更高吸水速干性能的织物，使用十字断面吸水速干纱线设计出具有优异毛细差动双层组织结构的织物，后整理采用硅溶胶对织物反面进行部分喷涂整理，形成疏水通道，提高织物的速干性能，同时利用正反面的亲疏水性差异降低织物反面的保水率，提高织物穿着时的干爽感。

1 实验

1.1 材料与仪器

材料：55T-48-十字断面涤纶吸湿排汗纱线（南亚化纤股份有限公司），83T-72-十字断面涤纶吸湿排汗纱线（盛虹化纤股份有限公司）；正硅酸四乙酯（分析纯）、无水乙醇、97%辛基三甲氧基硅烷（国药集团化学试剂有限公司）。

仪器：日本丰田喷水多臂织机（日本丰田株式会社），Mini-tenter W60 Plus 干燥定型机（厦门瑞比精密机械有限公司），CP114 电子天平［奥豪斯仪器（上海）有限公司］，KES-F7 精密热物性测定仪（日本KOTO TECH 株式会社），YG46IE 型电脑式透气性测试仪（温州市大荣纺织仪器有限公司），SS-550 扫描电镜（日本岛津仪器公司），Theta 接触角测量仪［大昌嘉华商业（中国）有限公司］。

1.2 实验方法

1.2.1 双层织物制备

以55T-48-十字断面涤纶吸湿排汗纱线为经纱，83T-72-十字断面涤纶吸湿排汗纱线为纬纱，正面平纹组织，反面透孔组织，在喷水织机上织得正面和反面密度均为1∶1，正面经密为375 根/10 cm、单面纬密为285 根/10 cm 的双层织物，织物单位面积质量为76 g/m2。

1.2.2 硅溶胶整理液制备

在反应釜里依次加入正硅酸四乙酯20.8 g、无水乙醇32.0 g、水9.0 g，室温下搅拌均匀，然后用1 mol/L的盐酸调节pH 为4.0 左右，在室温下搅拌3 h，陈化一段时间得酸性SiO2醇溶胶，将4%的辛基三甲氧基硅烷疏水改性剂加入其中，常温下搅拌反应5 h，静置陈化得到改性SiO2溶胶。

1.2.3 双层织物整理

用喷枪将改性硅溶胶喷涂在染色干燥后的双层织物反面，喷涂过程压力均匀，液雾稳定，喷涂量30 mL/min，保证在织物反面形成点状附着，形成局部喷涂效果。喷涂后的双层织物在130 ℃烘干，然后在150 ℃焙烘定型3 min得到成品。

1.3 测试

增重率：利用电子天平称得整理前后试样的质量，按照下式计算增重率：

表面微观形貌：先将织物在真空条件下进行镀金处理，再用扫描电子显微镜观察。

接触角：使用接触角测量仪测试静态瞬间水接触角，每次水量为5 μL，在同一样品不同位置测量5次，取平均值。

吸水性：参考GB/T 21665.1—2008《纺织品 吸湿速干性的评定第1 部分：单项组合试验法》分别测试吸水率、芯吸高度。

速干性：在织物上滴加0.2 mg水，按GB/T 21665.1—2008测试随时间变化面料中的残余水量。

正反面保水率：参考东丽公司标准测试，测试原理见图1。

图1 保水率测试示意图

实验程序：（1）制样，取10 cm×10 cm 试样若干，称质量m1；（2）在有机玻璃板上滴0.5 mg 测试用水，把试样反面向下平铺在水滴上，使其充分吸水1 min，称取吸水后的布重m2；（3）在另外一块有机玻璃板上放置一块同样尺寸的滤纸（质量m3），把吸水后的试样平铺在滤纸上，然后在试样上方放置一块同样尺寸的滤纸（质量m4），最后在滤纸上方放置500 g 负重物，保持1 min 后分别测试正面和反面滤纸的质量（m5、m6）。分别根据公式计算正面、反面保水率［6］：

透气性：参考GB/T 5453—1997 用电脑式透气性测试仪测试，压力设置为125 Pa。

保温性能及导热系数：参考KES 厂家标准［7］，用精密热物性测定仪测试。

透湿性：是衡量织物湿传递性能的一项重要指标，一般用吸湿法。把吸湿剂无水碳酸钙放在干燥器内，然后把织物试样覆盖在密闭干燥器的瓶口上，用石蜡密封覆盖的接缝处，在恒温恒湿环境的实验箱内放置约24 h，称量吸湿剂增加的质量m，测试试样的水分蒸发面积A，计算透湿率=10m/A。

2 结果与讨论

2.1 接触角

由表1 可知，硅溶胶整理织物的正面接触角全部为0°，和普通吸水整理织物相同；而硅溶胶整理织物的反面接触角大部分在130°以上，明显高于普通吸水整理织物。说明喷涂法整理后，硅溶胶在织物的反面局部附着，有利于形成疏水通道。

表1 双层织物的接触角

2.2 增重率

整理前试样质量为43.5 mg，经过喷涂法硅溶胶整理后，试样质量为44.3 mg，织物增重率为1.8%。说明经过喷涂法硅溶胶整理后，硅溶胶的有效疏水粒子显著附着在织物表面；且喷涂法可以主动控制喷涂到织物上的硅溶胶量，不会使疏水物质过度附着在织物整理面而对吸水性和热舒适性等造成影响［8］。

2.3 表面微观形貌

普通吸水整理(a)和硅溶胶整理(b)织物表面形貌见图2。

图2 普通吸水整理(a)和硅溶胶整理(b)织物的表面形貌

由图2 可知，喷涂法硅溶胶整理织物上的颗粒状物质比普通吸水整理织物明显且多，但并没有大面积粘连形成膜状。说明经过喷涂法硅溶胶整理后，硅溶胶均匀地分布在织物的整理面上。

2.4 吸水性

经过硅溶胶整理的织物反面具有比较强的疏水性，而织物的吸水性和织物的亲疏水性有一定关系。由表2 可知，经过喷涂法硅溶胶整理织物的吸水率为320%，经向、纬向的芯吸高度分别为18.7、16.9 cm，与普通吸水整理织物接近，没有变弱趋势。推测为硅溶胶整理织物只在反面局部区域有疏水效果，织物的正面及反面部分区域还保持很好的亲水性，故能够充分吸收水分，保持双层织物优良的吸水性能［9］。

表2 双层织物的吸水率及芯吸高度

2.5 速干性

由图3 可知，从喷涂法硅溶胶整理织物的干燥曲线不仅可以看出其干燥速度远远快于普通吸水整理织物，且完全干燥时间只有25 min，几乎为普通吸水整理织物的1/2。据推测，经过喷涂法硅溶胶整理后，织物中的疏水部分与亲水部分交错形成疏水毛细管道，形成了交替的毛细差动，提高了水分在织物中的扩散速率［10］，从而速干性得到很大提高。

图3 双层织物速干性测试结果

2.6 正面和反面保水率

在穿着过程中，人体运动后，皮肤上的汗液会被织物吸收，并从织物的反面向正面传递，最终会达到一个平衡。东丽公司利用保水率来表示织物测试面的润湿程度，反面保水率越大，说明反面的润湿程度越高，穿着时就会贴身，身体会感觉不舒服。由图4 可知，喷涂法硅溶胶整理织物的反面保水率为9%，远远低于普通吸水整理织物（25%）相对应的正反面保水率比值也高很多，说明喷涂法硅溶胶整理织物反面向正面的水分传导能力变强，有利于穿着的干爽舒适性。推测因为喷涂法硅溶胶整理织物反面具有疏水性，而表面具有很强的亲水性，水分容易从疏水区导向亲水区，故加强了水分从反面向正面传导。

图4 双层织物的正面和反面保水率

2.7 热舒适性

硅溶胶整理最容易在织物表面成膜，降低织物的透气性、透湿性，并导致穿着时有闷热感。由表3 可知，喷涂法硅溶胶整理织物的保温性clo 值略有降低，意味着硅溶胶整理织物在凉爽感上比普通吸水整理织物有一点优势，推测为硅溶胶整理织物后，硅溶胶附着在纤维表面，对纤维的蓬松有一定的抑制作用，故可以降低保温性。而从导热系数、透湿性的对比结果看相差甚微，透气性略微降低。表明喷涂法硅溶胶整理没有在织物整理面形成连续的膜，只是以细小颗粒附着在织物纤维表面，故对织物的热舒适性影响不大。

表3 双层织物的热舒适性

3 结论

采用十字断面吸水速干纱线设计成正面平纹、反面透孔的双层组织，结合喷涂法硅溶胶整理，制得了吸水性和速干性兼优的织物。利用改性硅溶胶疏水整理液，通过局部喷涂法对双层织物的反面进行疏水整理，赋予了织物正面亲水、反面局部疏水的特性。因为硅溶胶疏水物质只是少量均匀地分散在织物反面，所以织物仍能保持普通吸水整理同等的芯吸高度，经向、纬向分别为18.7 和16.9 cm；同时大幅度提高了干燥速率，织物的完全干燥时间缩短为25 min，在保持双层织物优异吸水性能的前提下，大幅度提高了织物的速干性能，有利于汗液迅速从皮肤侧导向衣服外侧并快速蒸发，保持肌肤面的干爽舒适感。