织物防水喷雾防水防油性能的研究

雷 敏 聂姗姗 于 文

（西安开米股份有限公司，陕西 西安， 710075）

随着科技的发展和人们生活水平的提高，越来越多的功能性织物应运而生，其中防水织物占据重要地位，主要应用于冲锋衣裤、户外服装、餐桌布、布艺沙发以及地毯[1]等。但该类织物在实际使用和洗涤过程中，由于外界作用力的影响，织物表层的防水拒油的效果会慢慢地减弱甚至消失[2]，此时需要使用防水剂对其进行修复整理，恢复防水效果。

使用防水剂可以在织物纤维表面形成一层保护膜，让水、油等液体在织物表面形成圆球，无法渗透入纤维[3]，减少不易水洗的衣物被污染的机会，减少干洗次数，延长衣物使用寿命。目前，常用的防水整理剂主要分为氟碳类有机聚合物和有机无氟类聚合物[4]。尽管氟碳类防水剂具有优秀的拒水防油效果，但含有PFOS、PFOA或其衍生物，对人体健康存在潜在危害，生物降解性差，环保安全性差，加之其对织物手感也有影响[5,6]。相比之下，对人体和环境安全的无氟类防水剂则是新的研究热点，更易被消费者接受。

1 试验部分

1.1 主要试剂与仪器

F-522（工业级，东莞市科峰纺织助剂实业公司），PHOBOL®RSH（工业级，希勋（上海）纺织品科技有限公司），Texnology®FCB046、Texnology®638、Texnology®336（均为工业级，广州联庄科技有限公司），ANFONE®RH-4009、ANFONE®RH-2977（均为工业级，盈丰达纺织助剂实业有限公司），乙醇、乙二醇、1,2-丙二醇（均为工业级，天津中和盛泰化工有限公司），二丙二醇丁醚（工业级，陶氏公司），冰乙酸（分析纯，重庆北碚精细化工厂），去离子水（自制），自来水，食用辣椒油，可乐，橙汁，红茶，红酒。

织物沾水度测定仪（Y（B）813型，温州市大荣纺织仪器有限公司），塑料喷雾瓶（50mL），塑料滴管（5mL），吹风机（FH6232，飞科），烘箱（101C-1型，北京科伟永鑫实验仪器设备厂），白色餐用纸巾（清风，188mm×152mm），白色纯棉布片（普通，15cm×7cm），白色聚酯布片（普通，15cm×7cm）。

1.2 防泼水喷雾配制

用冰乙酸配制pH值5.0～6.0的水溶液，加入醇溶剂（乙醇、乙二醇、1,2-丙二醇、二丙二醇丁醚），搅匀后，加入防泼水组分（F-522、PHOBOL®RSH、Texnology®FCB046、Texnology®638、ANFONE®RH-4009、ANFONE®RH-2977），缓慢搅匀，再滴加交联剂（Texnology®336），缓慢搅匀即可。

1.3 性能表征

1.3.1 防水性能

模拟法：选取大小材质相同的白色餐用棉纸巾，一分为二，备用（一半滴水，另一半滴油）。需要空白对照。水中加入水溶性明兰色素，增强可观察性。待测试样装入50mL塑料喷雾瓶内，备用。

纸巾（或布片）平铺在实验台上并做好标记；用待测试样距离纸巾（或布片）10～15cm进行均匀喷涂（须提前在水槽中按压喷头，待喷雾均匀后再使用），待纸巾（或布片）浸湿，静置约10min；后用吹风机热风档吹干纸巾（或布片），晾置约1h。用滴管距离纸巾（或布片）10cm处滴水，观察并记录纸巾（或布片）表面上水的状态并拍照。

标准法：平铺布片，做好标记，进行人工喷雾，均匀浸湿后，静置约10min后进行高温（110～130℃）烘干，后在室温下老化约2h。参照AATCC 22-2005《纺织品拒水性测试：喷淋法》中步骤进行，对照评级。

1.3.2 防油性能

模拟法：试验过程同（1）中所示。采用辣椒油，颜色为鲜明的橙红色，有利于观察对比。

标准法：布片处理工艺同（1）中所示。参照AATCC 118中步骤进行，对照评级。

1.3.3 对实际污渍的防拒性能

白色餐用纸巾一分为四，考察它对橙汁、可乐、红茶、红酒的防拒性。

布片分别采用了常见的纯棉布和聚酯布，划分为5cm*7cm，考察其对水、油、酒的防拒性。

2 结果与讨论

根据1.2中所述方法，配制了一系列防泼水喷雾，具体组成如表1示。

表1 不同配方的防泼水喷雾

2.1 醇溶剂对防水防油性的影响

选用a、b、c、d四组试样处理棉纸巾，热风吹干后，分区域滴加水、油，具体结果示于图1。

观察表1中a、b、c、d四组配方，都是采用无氟防水组分和醇溶剂复配而成，但是醇溶剂的种类不同。结合图1可以看到：四组配方不具备防油性。另外，观察a、b、c、d处理过的纸巾表面的水滴状态，a的防水性最好，b的防水性最差。因此，选择配方a为基准配方，进行后续样品的配制。

图1 试样a、b、c、d及空白处理过的棉纸巾上的水滴、油滴状态

2.2 无氟配方的防水防油性能考察

选择三种无氟配方a、e、f，分别处理棉纸巾，热风吹干后，分区域滴加水、油，具体测试结果见图2、图3。其中，o为单纯棉纸巾，未经任何处理。

图2 试样a、e、f处理过的棉纸巾上的水滴状态，o为空白

图3 试样a、e、f处理过的棉纸巾上的油滴状态，o为空白

观察表1中a、e、f三组配方，采用了种类不同的无氟防水组分和相同的醇溶剂复配而成。由图2可明显观察到：与未经处理纸巾比较，经过处理的纸巾表面具有一定的防泼水性，其中a的防水性能最佳，f次之，e的防水性能最差。由图3可以看到：三组无氟配方的防油性能都不好，其中f处理后的纸巾上的油滴状态好于a和e。所以，选择试样a和f作为对比进行后续的实验。

2.3 含氟配方的防水防油性能考察

选取了三组氟碳防水剂配方g、k、m，分别处理棉纸巾，热风吹干后，分区域滴加水、油，具体测试结果如图4、图5所示。其中，o为单一棉纸巾，未经任何处理。

图4 试样g、k、m处理过的棉纸巾上的水滴状态，o为空白

观察表1中g、k、m三组配方，采用了种类不同的氟碳防水组分和相同的醇溶剂复配而成。从图4、图5中可以看到：相比未处理的纸巾，经过g、k、m处理的纸巾具有明显的防水防油效果，其中g的防水防油性能最优，k的较佳，m的最差。因此，选择试样g和k进行后续的对比试验。另外，通过对比可以发现采用氟碳防水组分配方的拒水防油性能明显优于无氟配方的。

2.4 市售品的防水防油性能考察

通过对国内外市售品的查找，发现国内该类产品基本属于气溶胶喷雾型，采用金属罐装瓶，填充易燃易爆的抛射剂，含有挥发性有机溶剂，产品环保性以及安全性不高，不宜于携带和存储，因此，筛选了三个知名的国外品牌进行。这三种国外市售品均采用泵头式水基喷雾，宣称原料环保性高，无挥发性有机溶剂，使用安全方便。

采用市售品p、q、t分别处理棉纸巾，热风吹干后，分区域滴加水、油，具体测试结果见图6、图7示。其中，o为单一棉纸巾，未经任何处理。

通过表1中的说明可知，市售品p中含有氟碳防水组分，市售品q和t采用无氟防水剂配制。对图6、7进行观察，可以看出：市售品p具有防水防油性，且明显优于q和t，市售品t仅具有防水性，市售品q无防水防油性。因此，选择含氟市售品p和无氟市售品t进行后续考察试验。

图5 试样g、k、m处理过的棉纸巾上的油滴状态，o为空白

图6 市售品p、q、t处理的棉纸巾上的水滴状态，o为空白

图7 市售品p、q、t处理的棉纸巾上的油滴状态，o为空白

2.5 无氟及含氟配方拒水性污渍的考察

依照之前试验结果，选用无氟试样a、f、t和含氟试样g、k、p分别处理棉纸巾，热风吹干后，将图8中水性污渍按照序号一一对应滴加到纸巾相应的区域，具体测试结果如图9、图10所示。其中，o为单一棉纸巾，未经任何处理。

图8 四种水性污渍：1-橙汁、2-可乐、3-茶水、4-红酒

图9 试样a、f与市售品t处理的棉纸巾上的水性污渍状态，o为空白

图10 试样g、k与市售品p处理的棉纸巾上的水性污渍状态，o为空白

观察图9、10能看到：与未处理纸巾相比，经过处理的纸巾对实际水性污渍具有抵御性。从图9中可以观察到：试样a和t抵御四种水性污渍的能力优于f，特别是对茶水和红酒的防拒能力表现得更优越；自制配方a和市售品t对四种水性污渍的抵御能力相差不大，具体而言，对橙汁、可乐、茶水的防拒性能均优于对红酒的。观察图10可以发现：试样g和p对四种水性污渍的防拒能力明显优于k；自制配方g和市售品p对四种水性污渍的抵御能力相近。另外，含氟试样g和p对红酒的抵御性比无氟试样a和t的强，对其他三种水性污渍的防拒能力未表现出可视化的差异。

2.6 无氟配方在布料上防污性能的考察

将无氟试样a、f、t应用在实际的纯棉布和聚酯布上，热风吹干后，从上至下依次分区域滴加水、辣椒油、红酒，探究布料表面抵御污渍的效果。结果如图11、图12所示。

由图11、图12中可以看出：三组无氟试样处理的棉布、聚酯布对辣椒油均没有防拒性。试样f处理的棉布有防水性和较弱的防红酒性，聚酯布上则没有任何防御性表现。试样a和t处理的棉布、聚酯布上均表现出良好的防水、防红酒性，而且在聚酯布上效果更好。所以使用自制的无氟配方a处理布片，能赋予布料表面良好的防水性能，与国外市售品t的效果相当。

图11 试样a、f与市售品t处理的棉布上的污渍状态

图12 试样a、f与市售品t处理的聚酯布上的污渍状态

2.7 含氟配方在布料上防污性能的考察

用试样g、k、p喷雾处理纯棉布和聚酯布，热风吹干后，从上至下依次分区域滴加水、辣椒油、红酒，探究布料表面抵御污渍的效果，见图13、图14示。

观察图13、图14可以发现：三种含氟试样处理的棉布、聚酯布均表现了拒油防红酒性能。试样k处理的棉布上的防水性弱，聚酯布上不能防水，拒油性弱于其他两组试样，防红酒性相差不大。试样g和p处理过的棉布、聚酯布上有良好的防水、拒油、防红酒性能，二者效果相当。因此，使用自制的含氟配方g处理布片，可以使布料表面具有良好的防水拒油功效。

2.8 优选试样的防水防油测试结果

参照之前的模拟对比试验结果，优选配方为无氟的试样a和含氟的试样g。再结合1.3中叙述的标准测试方法，与国外市售品进行测试比较，详细结果列于表2中。

图13 试样g、k与市售品p处理的棉布上的污渍状态

图14 试样g、k与市售品p处理的聚酯布上的污渍状态

表2 自制试样与市售品的拒水防油测试结果

由表2中可以发现：含氟试样的防水拒油性能良好，g在棉布上的防水性优于p，拒油性相同；前者在聚酯布上的拒油性稍优，防水性一样。另外，国外市售品p的喷雾刺鼻，布料吹干后仍有明显异味，相比而言，自制试样g的气味不大，不会造成不适感。无氟试样仅有拒水性，无防油效果；a在棉布和聚酯布上的防水效果与t相当，明显优于q；自制试样a的气味比国外市售品t的缓和，使用舒适度更好。

3 结论

（1）本研究报道的无氟防水剂整理织物后，可赋予棉和涤纶织物良好的防水性能。与市售的无氟产品相比，气味更缓和，使用时舒适度更好。

（2）本研究优化的含氟防水剂，对棉和涤纶织物整理后可实现其良好的拒水防油性能。与市售的水基型含氟产品相比，不含有害挥发性有机化合物（VOCs），无刺激性气味，不对使用者造成不适感。

（3）尽管目前无氟防水剂的拒水防油功效还不能与氟碳类拒水防油产品相提并论，但是相比于氟系防水剂，无氟防水剂不含氟利昂，不含生物降解性差的全氟辛酸铵、全氟辛烷磺酰基化合物，不易在生物体内沉积，在环保方面更具优势，符合可持续发展的理念。