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圖1 洗滌液中沾污織物上的各相界面張力

    圖l中：θ為為織物、油、水三相交界處的接觸角；γow為油／水相的界面張力；γwf為水／纖維相的界面張力；γof為油／纖維相的界面張力．

    平衡時(shí)，各界面張力間存在如下關(guān)系：γwf=γof+γow cosθ．按“卷珠”模型，油污要從織物表面卷珠去除(即油污織物間的接觸角從0°向180°變化)時(shí)，必須滿足下式條件：γof-γwf+γow cosθ>O．

    由于油污從在織物上的鋪展?fàn)顟B(tài)(θ=0°，cosθ=1)至θ=180°，cosθ=-1時(shí)，油污才能完全“卷珠”離開織物表面．所以去除油污的充分必要條件是：θ=180°，cosθ=-1，即：

    γof-γwf-γow>0，γof-γwf>γow

    根據(jù)上述分析，易去污的條件是：γof應(yīng)盡可能大，γof和γow應(yīng)盡可能的�。�γow值盡可能小是指從織物上脫離下來的小油滴能穩(wěn)定懸浮、分散在水相中．γow大小決定于洗滌劑的品種和濃度，一般情況下其值是小的．對(duì)于極性纖維而言，由于它與水有強(qiáng)烈的相互作用，γwf值也小，而γof值較大．即紡織品必須具有高的親水性能，這是易去污整理技術(shù)一項(xiàng)重要的指導(dǎo)原則，事實(shí)證明也是行之有效的途徑之一．非極性纖維表面引進(jìn)親水性基團(tuán)或用親水性聚合物進(jìn)行表面整理，可提高纖維的易去污性能．親水性高的纖維與水有強(qiáng)烈的相互作用γwf的值小，而γof值較大，因此易去污性能好，油污易于去除；疏水性高的纖維與水的相互作用僅有色散力，γof值低，而γwf值高，因此易去污性能不好，油污不易去除．非極性(疏水性)纖維表面引進(jìn)親水性基團(tuán)或用親水性聚合物進(jìn)行表面整理，可以提高纖維的易去污性能．

    2．4防濕再沾污的原理

    由上述的原理可以推斷濕再沾污的產(chǎn)生是由于“水／纖維”與“水／油污”界破壞，形成“纖維／油污”界面。由前面推理可知：γwf，與γow大而γof小的條件下，才有可能發(fā)生濕再沾污．

    親水性纖維的γwf小，γof大，不易發(fā)生洗滌再沾污；疏水性纖維的γwf大，γof小，易發(fā)生洗滌再沾污．提高纖維的親水性，既能降低纖維的γwf值，又能增大纖維的γof值，如果在洗滌液中加人適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣�，使γow降低，油污穩(wěn)定地懸浮于水中，則既具有易去污性能又不易發(fā)生洗滌再沾污．親水性的棉纖維浸入水中，界面張力下降至2．8 mN／m，大大低于油污的表面張力(30 mN／m)，因此，棉纖維上的油污易于洗除，并且不易發(fā)生洗滌再沾污．疏水性的聚酯纖維浸入水中后界面張力比空氣中(43 mN／m)的還要高，大于油污的表面張力，所以聚酯纖維上的油污不易洗除，并且容易發(fā)生洗滌再沾污．聚酯纖維經(jīng)親水性易去污整理后，親水性能得到提高，浸入水中后的界面張力降至4．3～9．9 mN／m，大大低于油污的表面張力，這樣油污易于去除，而且不易發(fā)生濕再沾污．

    3易去污整理劑和整理工藝

    3．1 嵌段共聚醚酯型易去污劑及整理工藝

    嵌段共聚醚酯型易去污劑(簡(jiǎn)稱聚醚酯)是滌綸最早的一種耐久性易去污劑，其商品名稱為Permalose T，由英國(guó)ICI公司生產(chǎn)，它能使滌綸及其混紡織物具有優(yōu)良的易去污、抗?jié)裨僬次酆涂轨o電性能．聚醚酯類易去污劑和滌綸有相似的結(jié)構(gòu)，在整理時(shí)的熱處理過程中，和滌綸形成共結(jié)晶或共溶物，耐洗性好．聚醚酯由對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚氧乙烯縮聚而成，其結(jié)構(gòu)通式如下：

    聚醚酯有易去污性能是由于嵌段共聚物均勻地分布在疏水性滌綸的表面，聚氧乙烯基中的氧原子能與水分子形成氫鍵，使滌綸親水化所致．聚醚酯易去污劑的應(yīng)用工藝主要為乳液浸軋法，對(duì)滌棉混紡織物增重在1％～3％．

    工藝流程：浸軋(軋余率70％)烘干(120～130℃)熱處理(190℃，30 s)平洗烘干．浸軋液組成：Permalose TG 60g，水x，合成1 000 g．若與樹脂DMDHEU、PU等混用，以氯化鎂為催化劑，可獲得耐久壓燙與易去污兩種功能．

    3．2聚丙烯酸型易去污劑及整理工藝

    聚丙烯酸型易去污劑一般為共聚乳液，具有良好的低溫成膜性能，改變共聚物的組成可調(diào)節(jié)膜的軟硬度，對(duì)纖維有良好的粘附性．聚丙烯酸型易去污劑由具有親水基團(tuán)的乙烯基單體(如丙烯酸、甲基丙烯酸等)和具有疏水基團(tuán)的乙烯基單體(如丙烯酸乙酯等)組成．

    研究發(fā)現(xiàn)：以丙烯酸(或丙烯酸與甲基丙烯酸混用)／丙烯酸乙酯共聚物的易去污性能較理想．聚丙烯酸型易去污劑中羧基的含量非常重要，至少要在20％(量比)以上．聚丙烯酸型易去污劑中加入帶有反應(yīng)性基團(tuán)的乙烯基單體(如N一羥甲基丙稀酰胺)，能提高易去污整理效果的耐久性．聚丙烯酸型易去污劑具有良好的易去污性能，但在穿著時(shí)可能比未經(jīng)易去污整理的較易沾污，因此要保證形成的薄膜具有一定的剛性和膨潤(rùn)率．

    聚丙烯酸型易去污劑的易去污整理工藝如下：二浸二軋→烘干(拉幅)→焙烘(155～165℃，3～5 min)→平洗→烘干→機(jī)械柔軟處理．浸軋液組成：聚丙烯酸型易去污劑3％～5％，防凝膠劑適量．

    聚丙烯酸型易去污劑的易去污性能與它的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，易去污性能是其親水性、靜電荷、膨潤(rùn)性和表面活性共同作用的結(jié)果．

    整理后織物上易于埋藏顆粒狀污垢的纖維表面凹凸不平處，被親水性共聚物薄膜包裹填平，防止了“微吸附”對(duì)表面光滑的疏水性合成纖維同樣有效．此外，在紗線間也會(huì)被親水性共聚物所填充，從而防止了“巨吸附”．聚丙烯酸型易去污劑在洗液中具有陰離子性，增大了織物表面的ξ電動(dòng)勢(shì)．洗液中的污垢也帶負(fù)電荷，聚合物薄膜表面對(duì)污垢產(chǎn)生排斥力．此外，油水界面的電位差也降低了油在水中的界面張力，使油性污易于卷成珠狀離去．聚丙烯酸型易去污劑具有親水基團(tuán)，對(duì)油性污的親和力較小，在洗滌時(shí)，油性污在織物表面的接觸角較未整理的試樣大，容易按Adam的“卷珠”機(jī)理從纖維上除去。聚丙烯酸型易去污劑既有親水性又有一定的親油性，能起洗滌作用．聚丙烯酸型易去污劑的優(yōu)良易去污性能，與它在洗液中會(huì)產(chǎn)生劇烈的膨潤(rùn)有關(guān)膨潤(rùn)是由帶負(fù)電荷的羧基之間的相互排斥作用造成的．這種排斥力，使卷曲的易去污共聚物分子鏈?zhǔn)嬲股扉L(zhǎng)，薄膜體積增大，伴隨產(chǎn)生機(jī)械力，將附著在其上的油污排擠出去．

    親水性是聚丙烯酸型易去污共聚物的最主要特征，親水性改變了纖維／油污間和纖維／洗液間的界面張力，有利于油污以“卷珠”方式離去，其中，界面張力和水對(duì)纖維／油污界面的擴(kuò)散起主要作用．

    對(duì)沾有油污的疏水性纖維如滌綸織物，水或洗滌液的擴(kuò)散是緩慢而又不完全的，水的作用僅在油污膜的邊緣，油污要從疏水性纖維上自動(dòng)脫離是非常困難的．經(jīng)聚丙烯酸型易去污共聚物整理后的纖維，其表面親水性增加，同時(shí)又減少了毛細(xì)管的孔隙，阻止了油污向紗線內(nèi)部和毛細(xì)管孔隙的擴(kuò)散．在洗滌時(shí)，親水性共聚物大大加速了水向織物和紗線內(nèi)部的擴(kuò)散，使纖維表面的油污與易去污共聚物薄膜界面問因水化而分離，水能滲入易去污共聚物的整個(gè)薄膜而將油污去除．

    4防污及易去污整理劑和整理工藝

    防污及易去污整理是紡織品既在大氣中有良好的防污效果，一旦被沾污后，又要易去污．織物既要防污又要具有易去污性能，它在液相介質(zhì)中必須具有很高的可濕性，γwf要小，γof要大，同時(shí)在空氣介質(zhì)中具有很低的界面能。不為常見的油性污所潤(rùn)濕．

    經(jīng)整理紡織品的臨界表面張力低于水性污和油性污,這是整理紡織品能在大氣中拒水拒污的原因.可是在洗滌時(shí)與未經(jīng)整理的紡織品相比，整理過的紡織品反而有吸附洗液中污垢的傾向，產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因�？捎貌煌�類別的整理劑整理的棉織物在水中和大氣中臨界表面張力的變化來說明，如表1所示．

    表1 不同整理劑整理棉織物的臨界表面張力

    由表1可見，經(jīng)有機(jī)氟整理劑整理的棉織物，在大氣中的臨界表面張力遠(yuǎn)較未整理棉織物的低，所以有優(yōu)良的拒水拒油性．可是，在水中，未整理棉織物的臨界表面張力僅為28 mN／m，而經(jīng)有機(jī)氟整理劑整理的棉織物卻要大于9 mN／m，這就是一般棉織物上沾油污后容易去除，但經(jīng)有機(jī)氟整理劑整理的棉織物沾上油污后就不容易洗凈的緣故．Smith和Sherman認(rèn)為，防污和易去污整理應(yīng)同時(shí)具備三個(gè)條件：①是在纖維表面覆蓋有一層薄膜，減少纖維表面的不均勻性；②降低纖維的表面能和抑制油性污在織物表面的自發(fā)鋪展；③是提高纖維表面的親水性．

    應(yīng)用含有低表面能的含氟鏈段與親水性的聚氧乙烯鏈段的混合型嵌段共聚物，可同時(shí)達(dá)到相對(duì)立的兩種效應(yīng)，這種親水性含氟防污易去污整理劑的結(jié)構(gòu)如下所示．應(yīng)用含有低表面能的含氟鏈段與親水性的聚氧乙烯鏈段的混合型嵌段共聚物，可同時(shí)達(dá)到相對(duì)立的兩種效應(yīng)，這種親水性含氟防污易去污整理劑的結(jié)構(gòu)如下所示．

    混合型含氟嵌段共聚物在空氣中是疏油的,而在水中是親水的.這種雙重功能效應(yīng)是由于它在空氣中和在水中疏油性鏈段和親水性鏈段排列的方向不同引起的.在空氣中,聚氧乙烯鏈段呈卷曲狀態(tài),拒油性含氟鏈段在紡織品表面定向密集排列,形成具有低表面能的表面而具有拒油性能.在水中,聚氧乙烯產(chǎn)生水合作用而伸展,在織物表面定向排列,通過界面張力變化賦予纖維表面親水性,使纖維具有易去污和防止?jié)裨僬次坌阅?在烘干過程中,親水性鏈段脫水,含氟鏈段重新占有其主要界面.用親水性含氟嵌段共聚物易去污整理劑與適當(dāng)?shù)慕宦?lián)劑(如DMDHEU)共同使用，可提高干態(tài)防污性，并賦予織物較好的易去污性能．

    親水性含氟嵌段共聚物用于滌棉混紡織物防污易去污整理工藝，工藝流程：二浸二軋→烘干→焙烘(160℃．3 min)→皂洗→水洗→烘干．浸軋液5親水性含氟防污易去污整理劑2．5％～3％，氯化鎂1％～1．2％，DMDHEU(45％)8％～10％，加水至100％．

    5易去污性能的測(cè)試

    5．1影晌易去污測(cè)試的因素

    污物的組成:紡織品上的污垢,其組成隨紡織品的不同用途如衣著、裝飾和產(chǎn)業(yè)用及不同環(huán)境條件有所不同.在測(cè)試易去污性能時(shí)都是采用配制的模擬人體污垢和空氣中塵埃組成的合成污垢或標(biāo)準(zhǔn)污垢．沾污方法：常用的沾污方法是將規(guī)定濃度的標(biāo)準(zhǔn)污液或懸浮液施加于試樣上，也有采用標(biāo)準(zhǔn)沾污布樣摩擦試樣，以模擬自然污垢的累計(jì)過程．洗滌方法：洗滌方法包括洗滌設(shè)備、洗滌劑種類和洗滌條件．

    5．2去污率的測(cè)定

    去污率是沾污的織物經(jīng)規(guī)定洗滌條件洗滌后，織物上污垢的去除程度或污垢的殘留量，目測(cè)對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)樣卡評(píng)級(jí)，用評(píng)級(jí)方法評(píng)定易去污織物的易去污性能．可以通過測(cè)定試樣洗滌前后的反射率來計(jì)算，測(cè)定反射率后可按下式計(jì)算試樣的去污率．D=(Rsx-Rsu)／(Rtu-Rsu)×100％，Rsx洗滌x次后的反射率；Rtu：未沾污未洗滌試樣的反射率；Rsu：沾污試樣洗滌前的反射率．

    目前，我國(guó)對(duì)易去污類整理紡織產(chǎn)品的性能測(cè)試主要采用四類標(biāo)準(zhǔn)方法，即美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)(AATCC和ASTM)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)Iso)、中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)(GB／T和FT／z)和實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)(BV、3M、DuPont和ITS等)．出口產(chǎn)品則根據(jù)不同客戶的習(xí)慣和要求，基本采用美標(biāo)、歐標(biāo)和實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)．具體測(cè)試指標(biāo)根據(jù)產(chǎn)品要求確定，其中，易去污測(cè)試則是將油滴或不同污物施加到織物上，再進(jìn)行一定條件的水洗，判斷污跡殘留狀況．

    表2易去污性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

    6結(jié)語(yǔ)

    隨著紡織工業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外紡織品的發(fā)展趨勢(shì)和人們生活的需要，技術(shù)含量高的多功能產(chǎn)品越來越受人們的重視，其中防污整理劑也發(fā)揮越來越重要的作用．通過近幾年的研究，已經(jīng)在該領(lǐng)域取得一些研究成果，特別是含氟多功能織物整理劑的運(yùn)用越來越廣泛，使防水拒油易去污整理走向了新的臺(tái)階．完善已商品化產(chǎn)品，開發(fā)環(huán)保型產(chǎn)品，開發(fā)集多功能于一體的產(chǎn)品，降低產(chǎn)品成本是含氟多功能織物整理劑的未來發(fā)展趨勢(shì)．

    來源: 印染在線  作者：胡家軍 武漢科技學(xué)院430073