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技術文章
滌綸織物防水透濕及拒水拒油的發展
滌綸是紡織用化學纖維中產量最大的一個品種。近年來除用于仿真絲薄型服裝面料外，還用于帳篷、高性能清潔布、汽車、飛機等內裝飾布及地毯、沙發面料、墻布、鞋面等其紡織產品向功能化、智能化方向發展。一些經過特殊整理的新型紡織品還能提供各種優異的功能。滌綸織物的防水透濕及拒水拒油整理就是其中之一≈
1 防水與透濕整理
防水性和透濕性可以從織物結構和加工方式上取得一致，水汽分子的直徑一般為4×10-4 mm，雨滴的直徑通常10-2mm，只要織物中孔隙的直徑控制在水汽分子可通過而水滴不能通過的范圍內便可起到防水透濕的作用。
在人體、衣服、環境三者形成的體系中存在濕與熱的傳遞。濕的傳遞方式有兩種：出汗發散（液相傳遞）和無感蒸發排泄（氣相傳遞），人體隨環境和活動狀態及穿著衣服的不同，在人的皮膚周圍出現的人工氣候，其相對濕度為50%，舒適溫度為32℃，織物的透濕性與纖維的種類!織物的結構和織物的整理等密切相關，當服裝內側的溫度高于外側時，在織物兩側就存在一個壓力梯度，在它的作用下，水蒸汽分子能通過織物細密通道，與外界進行熱濕交換滌綸的防水透濕織物主要有如下三種
（1）經拒水整理的高密織物
緊密型防水織物是利用改變織物結構而達到防水透濕的目的，此類織物是最早研制成功的防水透濕織物。其依據為：水汽在紗線空隙之間簡單的擴散;纖維束之間的毛細管傳遞;在單根纖維之間的擴散∀現在的緊密型防水織物,大多采用超細聚酯纖維為原料,此類織物中,纖維之間、紗線之間緊密排列,使織物在不進行拒水整理的情況下,?耐水壓達104 ～105Pa,同時纖維紗線之間形成毛細管,由于毛細管效應的存在,能很好地傳輸水蒸汽,緊密型織物的優點在于制備工藝簡單,主要是紗線和絲纖度的變化,制成的衣物懸垂性好,透濕性佳,但該類織
物耐水壓較低?大大限制了其應用范圍。
（2）層壓織物
層壓織物又稱粘貼薄膜型防水透濕織物,是把功能性膜粘貼到織物上.按所用的功能性膜可分為三類:微孔膜、致密親水膜、微孔親水結合膜、粘合劑在此處也起到很重要的作用.粘合劑主要有兩種:透濕型,可連續涂層;不透濕型,只能以網點式粘合；不至于破壞透濕性，此類織物最成功、最著名的是美國W.L.Gore公司的Gor-Tex織物,它是利用聚四氟乙烯微孔膜與織物復合而成.由于該微孔膜的制備需要特殊的設備與工藝,產品加工難度大,成本高,成衣價格貴,其柔軟性,懸垂性不令人滿意.
(3)涂層織物
涂層法是指織物直接或間接地進行涂層，使織物具有防水性，透氣性是通過產生微孔結構或使其具有親水性而得到的。它可以分為微孔涂層法!親水性涂層法!微孔親水結合法三種類型，涂層織物的生產工藝的成本較低，親水性涂層以水為溶劑，成本低，污染少，親水性涂層可按傳統工藝進行∀但涂層法以有機溶劑體系為主，溶劑回收設備費用較高，且易造成環境污染?？椢锿繉犹幚砗螅瑧掖剐院腿彳浶宰儾?，防水耐久性差，附著牢度差。
2 滌綸織物的拒水!拒油整理及其發展情況
拒水整理的目的是阻止水對織物的潤濕，利用織物毛細管的附加壓力，阻止液態水的透過但仍然保持了織物的透氣透濕性能。拒水整理織物首先用于生產軍服、防護服，現在已廣泛用于制作運動服、旅行包、旅行裝、帳篷、鞋面等。國內，國際市場上對這類面料的需求正在逐年增加。
根據潤濕理論分析，水的表面能比較高，為7.6MJ/M2.拒水材料的表面能必須比此值小,油類的表面能一般20-40MJ/M2,拒油材料的表面能必須比此值小.,油的潤濕能力遠大于水,所以,拒油的物質一定拒水,而一般的滌綸織物,表面能遠大于水和油的表面能,因此,為了使滌綸織物拒水拒油,就要在其表面涂一層低表面能的材料..硅橡膠的表面能約為25MJ/M2，是比較理想的拒水材料，氟樹脂的表面能約為5MJ/M2是比較理想的拒油材料，
2 拒水!拒油整理劑在滌綸織物拒水拒油整理中的應用
由拒水拒油整理的機理看出，在滌綸織物表面吸附一層物質，使其原來的高能表面變為低能表面，就可以獲得具有拒水效果的織物，且表面能愈小效果愈好。
國內外生產和使用的拒水劑主要有以下幾種：?
1）石蠟-鋁皂類；2）吡啶季銨鹽類；3）羥甲基三聚氰胺衍生物；4）硬脂酸鉻絡合物；5）有機硅型；6）氟烷基樹脂類，前五類拒水劑有共同弱點：不拒油!、不防污、耐洗性差
近年來，含氟化合物在織物拒水!拒油!防污整理方面的應用正在發展中。在紡織品拒水加工中，?氟烷基化合物的實用化是在20世紀50年代，最早由美國杜邦公司進行氟聚合物織物拒水拒油整理的嘗試，并率先發表了以四氟乙烯乳液作為織物拒水拒油整理劑的專利，以后美國3M公司又研制開發了以全氟羧酸鉻的絡合物為主要成分的織物整理劑,但很快被性能更好的含氟丙烯酸酯形成的聚合物所取代,并用于織物拒水拒油整理.推出的商品為SCOTCHGARD,而后杜邦的Teflon.!旭硝子的Asdhigard,大金工業株式會社的Unidyne,瑞典的TexCOTE等相繼問世.這些含氟拒水劑具有拒水、拒油性、而且不損害纖維原有的風格,因此得到迅速普及推廣，成為當今拒水劑的主流。
國外最早將有機氟樹脂運用于尼龍、滌綸、滌∕棉、棉等織物的拒水拒油整理報道較多，國內在拒水性方面研究也有一些報道。
2．2 荷葉效應在滌綸織物拒水拒油整理中的應用
近30多年來，德國科學家通過掃描電鏡和原子力顯微鏡對荷葉等2萬種植物的葉面微觀結構進行觀察，揭示了荷葉拒水自潔的原理。并申請了專利，根據荷葉效應(Litus-efffect)原理,德國科學家已經研制成功具有拒水自潔的建筑物表面涂料,而且從1999年開始上市銷售具有同樣性能的屋瓦也于2000年底上市銷售,具有荷葉效應的服裝也正在研制中.由于荷葉效應具有廣闊的應用前景,并具有很高的商業價值,所以關鍵技術和原理都申請了專利,并嚴格保密。
荷葉效應的秘密主要在于它的微觀結構和納米結構,而不在于它的化學成分.Holloway于1994年對荷葉等植物的表面化學成分進行了分析.所有植物表面都有一層表皮,表皮將植物與周圍環境隔開.所有植物的表皮主要成分都是埋置于多元酯母體內的可溶性油脂,因此,植物的表皮都具有一定的拒水性.經過對2萬種植物表面進行分析后發現，具有光滑表面的植物都沒有拒水自潔的功能，而具有粗糙表面的植物，都有一定的拒水作用。在所有的植物中荷葉的拒水自潔作用最強，水在其表面的接觸角達到160.4°，除了荷葉外，芋頭葉和大頭菜葉的拒水自潔作用也很強，水在其上的接觸角分別達到160.3°和159.7°，水在各種常用纖維表面上的接觸角如表1所示
表1 各種纖維與水的接觸角
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纖維
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測定者所測定的接觸角
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立花等
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根本等
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Hollies等
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Stewart等
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棉
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59
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-
|
-
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47
|
|
|
粘膠??
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38
|
-
|
-
|
39
|
|
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羊毛
|
81
|
78
|
85
|
-
|
|
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錦綸
|
64
|
61
|
83
|
70
|
|
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腈綸
|
53
|
53
|
-
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48
|
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滌綸
|
67
|
64
|
79
|
75
|
|
從表1中可看出,不同的測定者,數據是有差異的.但從總體上看,沒有一種纖維使水在其表面的接觸角大于90°,所以常用紡織纖維都不具有拒水能力.當然,更不具有拒油的能力,
通過研究荷葉效應的拒水自潔原理可知,具有高度拒水自潔的織物必須具備如下條件:1)首先應使纖維表面具有基本的拒水性能(即水在其表面的接觸角大于90°.可以通過納米技術、等離子體處理技術和涂層浸軋技術達到.如:利用高溫下有機過氧化物等分解形成自由基,引發自由能較低的含硅或含氟的有機單體.2)對滌綸織物表面接枝改性.使織物具有粗糙的表面,雖然織物表面本身是非常粗糙的,但這種粗糙結構是以纖維為最小單位,遠大于納米結構的要求,拒水自潔織物表面的粗糙應是纖維表面的粗糙,該粗糙應達到納米級水平.
因此,利用仿生學原理?將荷葉效應原理,應用于滌綸織物的拒水拒油整理中,將可以研制出一種超強的拒水透氣紡織品.
3 發展前景
荷葉效應能夠在理論上突破常規的拒水材料研制思路,將降低材料的表面能和產生微觀結構的粗糙度結合起來,使織物的拒水、拒油性能提高,并使織物具有良好的透氣性.
美國科學家H.C.Von Baeyer認為,荷葉效應在織物拒水拒油整理方面應用的研究成果具有廣闊的應用前景.超強拒水透氣織物,首先可用在高科技領域中,例如:用于現代軍事和戰爭的服裝,除了遮風擋雨,可在惡劣的潮濕環境中,使戰士們保持干爽舒服,而且可以防止有毒液體的侵入.隨著某些血液傳播疾病在世界范圍內的肆虐橫行,可用作保護醫務人員不受血載病菌侵害的醫用(血液)屏障織物.可用作生物保護服,更可制作民用的風雨衣和體育服裝.所以滌綸作為化學纖維中的最大品種及其具有的優良性能,利用荷葉效應對其進行拒水
拒油的差別化處理?將可研制出一種超強的拒水透氣的滌綸紡織品,廣泛地應用于工業、農業、軍事、民用等各方面.
上一條：抗紫外線紡織品及其發展現狀 下一條：拒水拒油劑中PFOS和PFOA的限制使用
