純棉面料高耐靜水壓防水整理工藝

張戰(zhàn)旗，國 靖，房孝軍，齊元章，仲偉浩，楊玲玲，謝汝義，徐曉坤

（1.魯豐織染有限公司，山東淄博 255100；2.青島大學，山東青島 266071）

近年來，隨著戶外活動的風行，消費者對具備防水、防潑性能紡織品的需求大大增加?，F(xiàn)今主流工藝是通過涂層或覆膜整理來實現(xiàn)防水、防潑性能，但存在工藝復雜、加工流程長的缺點［1］。在高緊度面料上加工無氟防水整理可實現(xiàn)高耐靜水壓，流程短、工藝簡便，更具有低成本的優(yōu)勢；雖然耐靜水壓性能不及涂層或覆膜法，但經過工藝優(yōu)化后，耐靜水壓仍可達到5 200 Pa 以上，并具有一定的透氣性，適用于手術衣、沖鋒衣、登山服以及帳篷布等特殊功能性面料。

本研究選用無氟防水劑SA-9 與交聯(lián)劑NN-1，采用高溫焙烘方法對高緊度純棉面料進行防水整理，探討組織規(guī)格、焙烘溫度、焙烘時間、防水劑用量、交聯(lián)劑種類和用量以及洗滌方式和次數(shù)等因素對純棉面料耐靜水壓性能的影響，最終形成有利于大車生產的完整解決方案。

1 實驗

1.1 材料

織物：純棉面料（29.2 tex×29.2 tex，472×315，平紋，單位面積質量220 g/m2）；試劑：無氟防水劑SA-9、交聯(lián)劑NN-1（青島歐諾思化工有限公司）。

1.2 儀器

連續(xù)式定形烘干機、熱風焙烘機（德國門富士），DHG-9140A 型電熱鼓風干燥箱，SDLATLAS Vortex M6 型洗衣機，YB813 型面料沾水性測試儀，YG461E型靜水壓數(shù)字式透氣量儀。

1.3 工藝流程

冷軋堆→退煮→絲光→染色→防水→焙烘。

1.4 測試

1.4.1 防水性

按照AATCC 22—2010《拒水性：噴淋實驗》測定。剪取3 塊7 in×7 in（17.78 cm×17.78 cm）試樣，放置于標準大氣壓下調濕4 h，將250 mL、（27±1）℃的蒸餾水注入測試儀漏斗對試樣正面進行噴淋，對正面的潤濕或斑點圖案與評級圖片比較評級，記錄每個測試樣的評級結果。

1.4.2 耐洗性

家庭洗滌按照GB/T 8629—2017《紡織品試驗用家庭洗滌和干燥程序》操作，使用1 g/L 的標準洗滌劑（AATCC 1993）配制成溶液，浴比1∶30，40 ℃下洗滌8 min 后脫水，為1 次洗滌。洗滌程序完成后在溫度為100 ℃的烘箱內烘干。

工業(yè)洗滌程式為：預洗（純凈水50 L，洗3 min，水溫50 ℃）→主洗洗滌（純凈水80 L，洗15 min，水溫60 ℃，氧漂劑300 g，洗衣粉400 g）→漂洗（純凈水50 L，洗滌5 min）→中和洗（純凈水50 L，中和酸200 g）→清水洗（純凈水50 L，洗5 min）。

1.4.3 耐靜水壓

按照AATCC 127—2018《流體靜壓試驗》進行測定。剪取3 塊200 mm×200 mm 無折疊和污染的試樣，放置于標準大氣壓下調濕4 h，將與試樣接觸水的溫度控制在（21±2）℃，擦干夾持面，使測試面朝著水面，夾持后啟動電機，當試樣上3 個位置出現(xiàn)滲透時記下此時的靜水壓，重復3 次，取平均值即為此試樣的耐靜水壓。

2 結果與討論

2.1 防水工藝流程對防水效果的影響

實驗探討拉幅焙烘一步法、拉幅→焙烘兩步法對防水效果的影響。一步法中使用拉幅定形機，面料軋料后進入定形機烘房，烘干與焙烘過程一起進行，生產效率高，適用于大多數(shù)防水整理。拉幅→焙烘兩步法使用拉幅定形機軋料烘干后，再進行焙烘，此工藝流程的穩(wěn)定性高。

拉幅焙烘一步法工藝：拉幅機浸軋助劑，SA-9 80 g/L，NN-1 15 g/L，溫度170 ℃，時間3.5 min。

拉幅→焙烘兩步法工藝：拉幅機浸軋助劑（SA-9 80 g/L，NN-1 15 g/L，烘干溫度120 ℃，烘干時間60 s）→焙烘（溫度170 ℃，時間3 min）。

使用不同的防水工藝流程對純棉面料進行防水整理，結果如表1所示。

表1 防水工藝流程對防水效果的影響

由表1 可以看出，拉幅焙烘一步法的防水性與拉幅→焙烘兩步法差異不大，但耐靜水壓性能明顯低于拉幅→焙烘兩步法。這是因為一步法直接高溫焙烘，即使降低車速、延長工作液的滲透時間，但工作液仍無法完全滲透織物，無氟防水劑在織物表面交聯(lián)，影響面料的耐靜水壓［2］。因此確定采用拉幅→焙烘兩步法加工純棉高耐靜水壓面料。

2.2 面料不同組織規(guī)格對防水效果的影響

考慮到高耐靜水壓面料一般用于外部穿著及功能性用途，面料單位面積質量限制在（200±20）g/m2，規(guī)格選取純棉29.2 tex×純棉29.2 tex、472×315，設計組織為平紋、2/1 斜紋、緯重平、方平。采用拉幅→焙烘兩步法加工工藝，防水工作液SA-9 80 g/L，NN-1 15 g/L，兩浸兩軋，軋余率65%；120 ℃烘干后再170 ℃焙烘3 min。面料不同組織對防水性能的影響如表2所示。

表2 面料不同組織對防水效果的影響

由表2 可以看出，在面料紗支和經緯密度不變的情況下，只改變組織花型，面料的防水性和耐靜水壓變化明顯。按性能優(yōu)異性從大到小依次排序為：平紋、2/1 斜紋、緯重平、3/1 斜紋、方平，平紋面料的耐靜水壓可以達到5 200 Pa 的標準，其他組織面料都未達到5 200 Pa，這說明面料組織對耐靜水壓的影響非常明顯，平紋組織因為組織交織點最多，孔隙少，所以耐靜水壓最好。

為進一步研究組織規(guī)格與面料耐靜水壓的關系，在紗支和組織不變的前提下改變經緯密度，分別測試面料的防水性和耐靜水壓，結果如表3所示。

表3 面料不同規(guī)格對防水效果的影響

由表3 可以看出，對于29.2 tex×29.2 tex 的平紋組織，隨著組織密度的提升，面料的耐靜水壓也相應提高，當密度達到472×315 時，耐靜水壓在5 200 Pa 以上。在此基礎上再增加面料密度，織造難度直線上升，而耐靜水壓提升不明顯。綜合考慮，最終選用純棉29.2 tex×純棉29.2 tex、472×315 的平紋面料，作為此高耐靜水壓面料的標準規(guī)格。

2.3 焙烘溫度和時間對防水效果的影響

焙烘時間與焙烘溫度對防水效果有著重要的影響，采用拉幅→焙烘兩步法加工工藝，拉幅機浸軋助劑，SA-9 80 g/L，NN-1 15 g/L，烘干溫度120 ℃，烘干時間60 s，研究焙烘溫度與時間對防水性和耐靜水壓的影響，結果如表4 所示。由表4 可以看出，隨著焙烘溫度的升高，面料的耐靜水壓和防水性隨之升高。因為進行焙烘時，溫度越高，疏水基團在纖維表面排列越規(guī)整；高溫條件還有利于交聯(lián)劑釋放異氰酸酯基團，提高了異氰酸酯基團和疏水基團與—OH 的交聯(lián)程度，使耐靜水壓提升［3］。當焙烘溫度為170 ℃時，繼續(xù)升高溫度，耐靜水壓與防水性增大幅度有限。因此確定焙烘溫度為170 ℃。

表4 焙烘溫度對防水效果的影響

在以上實驗確定焙烘溫度為170 ℃的基礎上，研究焙烘時間對防水性和耐靜水壓的影響，結果如表5所示。

表5 焙烘時間對防水效果的影響

由表5 可以看出，隨著焙烘時間的延長，防水性不斷提升，這是因為焙烘時間延長，異氰酸酯基團與疏水基團在纖維表面的交聯(lián)更充分，長時間焙烘也給疏水基團在纖維表面的有序排列提供了充足的時間。當焙烘時間為3 min 時，防水性達到100 分，耐靜水壓達到5 200 Pa 以上；繼續(xù)延長時間，防水性與耐靜水壓提升有限。因此確定焙烘時間為3 min。

2.4 防水整理劑種類和用量對防水效果的影響

研究防水劑用量對防水性和耐靜水壓的影響，根據(jù)面料單位面積質量與助劑說明書選擇防水劑用量為60、80、100 g/L，工藝為拉幅→焙烘兩步法，拉幅（防水劑SA-9，交聯(lián)劑NN-1 15g/L，烘干溫度120 ℃，烘干時間60 s）→焙烘（溫度170 ℃，時間3 min）。整理后面料的防水效果如表6 所示。由表6 可以看出，隨著無氟防水劑用量的增加，耐靜水壓逐漸提高，因為隨著防水劑用量的提升，附著于面料表面的防水劑相應增加，形成的防水層趨于完整，提高了耐靜水壓；在防水劑用量超過80 g/L 后，耐靜水壓不再增大，手感下降明顯，故防水劑用量以80 g/L 為宜。

表6 防水劑用量對防水效果的影響

固定防水劑SA-9 用量80 g/L，研究交聯(lián)劑用量對防水效果的影響。防水加工流程及參數(shù)為：防水（拉幅機軋料烘干，烘干溫度120 ℃，烘干時間60 s）→焙烘（溫度170 ℃，時間3 min）。整理后面料的防水效果和手感如表7所示。

表7 交聯(lián)劑種類和用量對防水效果的影響

交聯(lián)劑對防水性以及洗后防水性有著積極影響。交聯(lián)劑中的異氰酸酯基團分別結合防水劑與纖維上的—OH，在纖維表面形成網(wǎng)狀結構，提高面料的耐靜水壓［4］。由表7 可以看出，使用交聯(lián)劑NN-1、用量為15 g/L 左右時，面料的防水效果達到最大，手感良好，故交聯(lián)劑用量以15 g/L 為宜。

綜上所述，防水配方選為：防水劑SA-9 80 g/L，交聯(lián)劑NN-1 15 g/L。

2.5 洗滌方式與次數(shù)對防水效果的影響

隨著洗滌次數(shù)的增加，織物表面毛羽增多，毛羽填充面料空隙，對阻止紗線滑移、降低面料透氣性有積極作用。研究高耐靜水壓純棉面料洗滌方式與次數(shù)對防水效果的影響，洗滌方式從家庭洗滌、工業(yè)洗滌兩個方向進行對比［5］，結果如表8 所示。由表8 可知，經過40 次洗滌后，家庭洗滌條件下高耐靜水壓純棉面料的防水性由100 分下降為60 分，耐靜水壓降為3 275 Pa，這是因為防水結構隨著水洗次數(shù)的增加而遭到破壞；5 次、15 次、30 次洗滌后，面料防水性稍降，但耐靜水壓有較大提升，這是因為洗滌過程中面料毛羽增加，縮水趨小，紗線間的縫隙和紗線的滑移程度變小，所以耐靜水壓提升明顯。由此可見，制備的高耐靜水壓純棉面料在家庭洗滌條件下，30 次水洗內具有良好的耐洗性［6］。工業(yè)洗滌條件較家庭洗滌更為劇烈，一般15 次水洗后耐靜水壓會有下降趨勢，建議根據(jù)面料的實際使用情況，妥善調整工業(yè)洗滌參數(shù)，以實現(xiàn)更持久的使用壽命。

表8 洗滌方式與次數(shù)對防水效果的影響

3 結論

（1）對防水工作液配方進行研究，在充分焙烘后，純棉面料耐靜水壓可達到5 200 Pa，并具備良好的耐洗性，家庭洗滌條件下30 次水洗后仍具有優(yōu)異的耐靜水壓與防水性。

（2）拉幅→焙烘工藝為：拉幅機浸軋助劑（SA-9 80 g/L，NN-1 15 g/L，烘干溫度120 ℃，烘干時間60 s）→焙烘（溫度170 ℃，時間3 min）。