三防整理剂在织物鞋材面料的应用及其性能研究

贡旺，李建华，郑小佳，郑云波

（1.北京中纺化工股份有限公司，北京 100176；2.海西纺织新材料工业技术晋江研究院，福建 晋江 362200）

引言

随着飞织技术和工艺的进步，织造面料被越来越多地应用在鞋面材料上。飞织（Flynit）技术是2012 年由耐克公司从针织毛衣的技术改良而来，其面料具有轻盈、贴合感强、透气性好、舒适和花纹设计感强等优点。与此同时，飞织技术还大大减少了边角料的浪费，有助于降低成本和环境保护，因此在短时间内成为了行业热门技术，获得了广大制造商和消费者的喜爱[1]。

但是飞织鞋面在实际使用过程中，也必须面对一些亟待解决的问题。一是易脏污且难清理，二是耐久性差[2]，而且这两个问题是相互关联的。一方面，保持鞋面的整洁干净是消费者的普遍需求，且飞织材料多应用于运动鞋、休闲鞋上，在运动过程中鞋面沾污的速度和程度都大大提高。另一方面，改善飞织材料的受污染程度可以减缓污渍对材料的腐蚀，从一定程度上保持面料强度，提高耐久性。

因此，文章以市售的三防整理剂为基础，通过浸轧法在高密飞织面料表面形成疏水疏油层，使织物具备了良好的防污能力。经耐磨和耐光照测试表明，此种处理方法可以让织物的防污性能具备较好的耐久性，满足长期穿着的防污要求。

1 实验部分

1.1 试验材料

面料：涤纶高密飞织面料。

试剂：三防整理剂为耐久型防水剂 CTA-5617（北京中纺化工股份有限公司），抗静电剂为防水专用抗静电剂FK-312（北京中纺化工股份有限公司）。

仪器：实验室（卧式）轧车MU504A(北京纺机所装备技术公司)、快速定型烘干机R3（厦门瑞比精密机械有限公司）、YG401E 型马丁代尔耐磨仪（武汉国量仪器有限公司）、YG611D 型日晒气候色牢度仪（温州方圆仪器有限公司）。

1.2 参考标准

1.2.1 防水性能

按照AATCC 22 《纺织品 拒水性能测试 喷淋法》进行测试。

1.2.2 防油性能

按照AATCC 118《纺织品 拒油性能测试 耐碳氢化合物试验》进行测试。

1.2.3 耐液态污渍测试

按照GB/T 30159.1《纺织品 防污性能的检测与评价 第1部分：耐沾污性》进行测试。

1.2.4 耐固态污渍测试

按照北京中纺化工股份有限公司企业标准Q/DXZFH0016—2022《纺织品 耐固态粉尘沾污性能》进行，具体的标准方法如下：

a.试样尺寸：每组测试均取两块试样，每块试样尺寸为（150×150）mm。

b.取样：样品应距布端1m 以上的部位，试样应距布边1/10 幅宽内采取。试样应无影响实验结果的疵点。

c.灰粉的制备：准备好烟丝，将其制备成10mm 左右的小段放置于坩埚内，在坩埚内加入2ml 左右的乙醇，在空旷处将坩埚内的烟丝点燃，并尽量使其充分燃烧，燃烧后将坩埚内的灰粉放入180 目的筛网内，振动过筛，收集筛出物放于表面皿内。最终保持表面皿内灰粉的厚度在5mm 左右。灰粉使用完毕后放入干燥器内保存。

d.测试：将试样置于绝缘试验台上，实验员应双手佩戴绝缘手套，手持标准涤纶布与试样贴紧并同方向刮擦20 次，然后快速将试样摩擦面向下置于盛有灰粉的表面皿上（样品盘内灰粉高度尽量始终保持5mm 左右），在表面皿上放置5s 后取下，根据沾污评价方法评定等级（见图1）。

图1 耐固态污渍评级图

1.2.5 耐磨测试

按照ISO 12947—2《纺织品 织物耐磨性马丁代尔法的测定》进行，其中砝码质量为2.5kg，摩擦次数为1000 次和2000 次。

1.2.6 耐光照测试

按照GB/T 8427—2019 《纺织品 色牢度实验 耐光色牢度：氙弧》进行，其中测试时间为325h。

1.3 试样准备与处理

采用浸轧-焙烘工艺，实验设备为小型轧车和定型机。将三防整理剂或三防整理剂和抗静电剂配置成工作液，其中工作液中包含质量浓度为8%的CTA-5617 或质量浓度为8%+1%的CTA-5617 和FK-312 的混合液。将配置好的工作液倒入小型轧车的液槽，待整理面料先在辊轮的带动下从液槽进出一次，使其被工作液完全浸湿。其后，面料经过辊轧除去多余工作液，轧辊压力为0.3MPa。最后，将面料置于定型机中定型，定型温度为150℃，定型时间为2min。

2 结果与讨论

2.1 防水性能

文章参照AATCC 22 低速喷淋试验模拟内饰织物面料的防水性能，性能评价指标见表1。经过防污处理的织物面料在喷淋试验后，织物表层无水滴黏附，织物无浸润情况。其防水等级为95 分；作为对比，未经处理的织物面料，经过喷淋试验后，织物表面完全浸润，无任何防水性能。由以上测试结果可知，普通织物面料在经整理剂处理后，其防水性能明显提升。因此，采用该工艺处理后的面料沾污水性脏污时（如果汁、可乐、咖啡等），可通过干毛巾、纸巾等快速擦拭移除，明显增强了鞋材面料抵御水性污渍的能力，提升了穿着体验，降低了打理成本。

表1 防水性能等级评价标准

2.2 防油性能

油性物质也是生活中常见的污渍类型，当人们在用餐、使用运动器械、驾车等生活场景中时，时常会遇到油性物质沾到鞋上的情况。一般来说，油性污渍因为具有比水性污渍更低的表面能，往往更容易润湿鞋面而难以去除。因此，使织物鞋材面料具有防油性能就成了鞋面防污的一个关键需求。防油性能的测试依照AATCC 118 标准，其测试液体的构成见表2。

表2 防油性能测试标准测试液成分

如表2 所示的标准试液，等级越高代表防油性能越好。对于通常的应用需求来说，防油性能至少不小于4 级。经过三防整理剂整理的面料，其防油性能可在6 级以上；而未经整理的面料，其防油等级为0 级。因此，三防鞋材面料的防油性能已经完全可以满足日常穿着的防油需求，因为平时食用油等油渍对应的防油等级均在2-4 级范围内。

2.3 耐液态污渍性能

防水和防油测试证明了面料对拥有特定表面张力的物质的防润湿能力，但是对生活中的常见液态污渍还是需要进行有针对性的防污测试才能证明面料的防沾污性能。文章参照GB/T 30159.1要求，测试了面料的耐液态污渍沾污性能，其评分标准见表3。

表3 液态污渍评级标准

如表3 所示的液态污渍评级标准，等级越高代表面料耐液态污渍的性能越好，一般来说在4 级以上即可认为具有优秀的防污性能。本次所选用的污渍为生活中常见的液态污渍，包括花生油、番茄酱、咖啡、红酒和老抽。液态污渍在三防面料表面的状态见图2。经三防整理后的鞋材面料，其耐液态污渍的等级均可以达到5 级，见图3；而未经整理的面料则只有1 级。

图2 三防整理后的织物表面耐液态沾污性能

图3 将污渍用纸巾擦掉后的三防织物表面

优秀的防污能力，可以保证液态污渍在沾染到面料上后不会润湿渗入鞋材内部，而且可以用纸巾轻松擦拭掉，甚至可以将其轻轻抖落并不留痕迹。这种出色的防液态污渍的能力显著提高了穿着体验。

2.4 耐固态污渍性能

三防整理剂可以在织物的表面形成一层表面能极低的功能层。当表面能被降低到一定程度后，该表面就难以被液态污渍润湿，而是会使其在接触时形成液珠。此时，污渍就可以从织物表面直接滑落，或者通过擦除的方式较为轻松地清理干净。对于灰尘一类的固态污渍，其在织物表面的沾污机理与液态污渍不同，此类污渍往往是因为静电效应而吸附在表面。因此需要在对织物进行三防整理时辅助以抗静电剂，这样就能显著降低静电在织物表面的积累，从而达到减少固态粉尘污渍沾污的效果。

固态粉尘类污渍是鞋类要面对的主要污渍类型。如今的鞋面选材越来越多地倾向采用合成纤维材料，而合成材料容易因摩擦而产生静电，从而吸附更多环境中的粉尘[3]。在有静电的情况下，即使电中性粉尘也会被极化，呈现反向电性而被吸附。因此，提升织物的抗静电性能就可以大大减缓其被固态粉尘类污渍污染的速度。文章采用的测试抗静电吸灰的方法是一种实验室常用的简明测试方法。测试原理为，将待测试材料经过与特定材料相互摩擦并分离后，将其置于盛有烟灰的表面皿上，通过观察其吸附烟灰的量来评价其抗静电能力的等级。

三防整理剂配合抗静电剂使用，采用同浴法整理的面料，可以达到4 级或以上的耐固态污渍等级，而原面料或仅经三防整理的面料则只有1 级。与此同时，测试结果显示，抗静电剂FK-312 的加入，并不会影响三防整理剂在防水、防油或防液态污渍方面的性能（见表4）。

表4 FK-312 对三防性能的影响

在实际应用当中，经过三防助剂和抗静电剂整理的三防材料可以有效防止灰尘类污渍对鞋面的污染，大大降低了鞋子的保养频率。这一性能对采用织造面料的运动鞋尤其重要。

2.5 三防耐久性

为了评价鞋面经过一定时间穿着以后的三防性能耐久性，文章采用马丁代尔耐磨仪按照ISO 12947—2 的要求，使用标准羊毛织物对待测面料分别进行1000 次和2000 次的摩擦处理，砝码质量为2.5kg。这种测试方法可以有效模拟鞋材在穿着过程中经历环境摩擦而老化的过程。之后按照3.1-3.4 的评价方法，分别再次评定试样摩擦后的防水、防油、耐液态污渍、耐固态污渍性能。

从表5 数据可见，经历2000 次摩擦的耐久性测试后，此三防整理面料的性能仍然可以达到防水85 分、防油5级、耐液态污渍5 级、耐固态污渍4 级的水平。相比于1000 次和2000 次的测试结果，二者相差不大。这说明，鞋材三防性能的耐磨损失在初期经历一个明显的变化后，后期会趋于平稳。在未来相对较长的使用期内，三防鞋材的各项指标仍然能够维持在一个较为优秀的区间内。

表5 三防及耐久性能（耐磨）

此外，耐光性也是评价三防整理剂耐久性能的一个重要指标。鞋类的使用场景中，光照是一个无法忽略的因素，因为长时间的光照会破坏高分子的结构。紫外线会给高分子材料提供大量的激发能，使分子内部产生大量的自由基，从而发生多种负面化学反应，破坏高分子材料原有的性质[4]。

文章采用GB/T 8427—2019 的测试方法，区曝晒条件为约45%有效湿度，黑标温度为（47±3）℃，黑板温度为（45±3）℃，辐照度控制在（42±2）W/m2，耐光照时间为325h。

从表6 中的数据可以得出结论，该三防面料具有优秀的耐光照老化性能，测试前后面料的各项性能变化不大。

表6 三防及耐久性能（耐光照）

3 结论

经过三防整理剂FK-5617 和抗静电剂FK-312 整理的鞋材面料，其防水、防油、耐液态污渍和耐固态污渍的性能均表现优异。其中防水性能为95 分，防油等级在6 级以上，耐液态污渍可达5 级，耐固态污渍在4 级以上，可以完全满足鞋材在日常生活中遇到的防污需求。

使用马丁代尔耐磨仪对织物进行老化耐久测试，在摩擦2000 次后，三防面料的性能仍然可以达到防水85 分、防油5 级、耐液态污渍5 级、耐固态污渍4 级。耐光照测试325 小时后，可以达到防水90 分、防油5 级、耐液态污渍5 级、耐固态污渍4-5 级。以此证明该三防助剂整理后的面料具有优秀的耐久性。在未来应用中，能够有效延长鞋面寿命，降低保养成本，提升穿着体验。