背景

純棉機(jī)織物由天然棉纖維制成，具有生態(tài)環(huán)保的特性，同時(shí)擁有柔軟的質(zhì)地和良好的透氣透濕性，深受消費(fèi)者喜愛(ài)。然而，棉纖維表面富含羥基，一旦遭受污漬沾染，此類(lèi)纖維很難通過(guò)常規(guī)清洗方式達(dá)到完全潔凈的效果。經(jīng)過(guò)三防（防水、防油、防沾污）處理的棉織物制成的服裝，具備抵抗日常生活中污漬侵害的能力。因此，深入研究純棉織物三防整理工藝具有重要的實(shí)用價(jià)值。含短氟碳鏈的三防整理劑（CnF2n+1，n≤6）與傳統(tǒng)C8整理劑相比，具有相對(duì)較低的生物累積性和對(duì)環(huán)境的破壞性，已經(jīng)成為新型三防整理劑的研究方向之一。泡沫整理作為一種綠色有效的染整加工技術(shù)，具有低耗能、低給液、低焙烘的優(yōu)點(diǎn)。由于泡沫含水量較少，可以通過(guò)改變泡沫施加力度調(diào)整帶液率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)棉機(jī)織物的三防處理，更能滿足染整加工生態(tài)發(fā)展的需要。 

本文采用綠色泡沫整理技術(shù)對(duì)純棉織物進(jìn)行三防整理工藝探究，選用C6三防劑進(jìn)行三防泡沫整理，并通過(guò)測(cè)試整理織物的表觀形貌、防水、防油和防污性能，對(duì)整理劑濃度、帶液率、焙烘溫度和焙烘時(shí)間的影響進(jìn)行探究，確定棉織物的最佳三防泡沫整理工藝。同時(shí)從功能性、物理機(jī)械性、服用性、耐洗性能以及整理均勻性5個(gè)方面與常規(guī)浸軋法進(jìn)行對(duì)比，為高效綠色染整技術(shù)的發(fā)展提供一定參考意義，以期促進(jìn)其在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)化與發(fā)展。

圖1 純棉織物泡沫整理的工藝流程示意圖

實(shí)驗(yàn)方法與儀器

方法

（1）接觸角：參考DB44/T1872-2016《紡織品表面潤(rùn)濕性能的測(cè)定接觸角法》，采用接觸角測(cè)量?jī)x對(duì)織物的水相和油相接觸角進(jìn)行測(cè)定。使液滴體積約為5μL，測(cè)量5次取平均值。 

（2）泡沫半衰期：在測(cè)定泡沫高度的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)液體被完全排出時(shí)立即啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，記錄泡沫體積減小至一半所需的時(shí)間，將此時(shí)間定義為泡沫半衰期。該過(guò)程完成時(shí)間盡量縮短，以減少溶液溫度變化對(duì)半衰期的影響

（3）發(fā)泡倍率：測(cè)量溶液完全發(fā)泡后泡沫體積（V2，mL）與原溶液體積（V1，mL）作比較，計(jì)算公式發(fā)泡倍率P。 

（4）沾污等級(jí)：參考GB/T30159.1—2013《紡織品防污性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià)第1部分：耐沾污性》，選用醬油作為污染物。將試樣平整放置，并在其3個(gè)不同部位滴0.05mL醬油，30s后以45°的角度觀察液滴在試樣表面的潤(rùn)濕情況，并對(duì)于試樣耐醬油的沾污程度進(jìn)行評(píng)級(jí)，沾污等級(jí)如表1所示。

表1 紡織品防污性能檢測(cè)沾污等級(jí)表

儀器

使用德國(guó)KRüSS公司接觸角測(cè)量?jī)xDSA25將5μL液滴在樣品上測(cè)試接觸角。同時(shí)，該設(shè)備也可以通過(guò)滾動(dòng)角測(cè)試定量評(píng)價(jià)防沾污性能。 

DSA25接觸角測(cè)量?jī)x

泡沫半衰期和發(fā)泡率亦可采用泡沫分析儀DFA100進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和分析。

DFA100泡沫分析儀

結(jié)論與討論

1.三防整理劑質(zhì)量濃度對(duì)泡沫性能及棉織物整理效果的影響

圖2 不同三防整理劑濃度的泡沫性能、接觸角和沾污等級(jí)

由于本文用的含氟三防整理劑屬于特種表面活性劑，當(dāng)將其加入至溶液中，溶液的表面張力降低，發(fā)泡倍率增加，發(fā)泡性能變好。同時(shí)，隨著三防整理劑質(zhì)量濃度的提升，破泡速率加快，泡沫半衰期降低，這是因?yàn)榉雍藢?duì)其核外電子以及成鍵電子云的束縛作用強(qiáng)，極化率低，分布比較勻稱(chēng)，因此含氟的三防整理劑極性低，其氟碳鏈間相互作用力弱，使溶液黏度降低。黏度的降低，削弱了泡沫液膜的強(qiáng)度，膜內(nèi)液體容易排出，泡沫穩(wěn)定性下降，因此，三防整理劑質(zhì)量應(yīng)控制在60~70g/L左右。

初始階段整理劑用量不足，致使形成的氟碳薄膜無(wú)法全面覆蓋纖維，從而使得纖維表面分布的氟碳疏水鏈側(cè)基呈現(xiàn)出不均勻狀態(tài)，其三防性能相對(duì)較差。當(dāng)整理劑的濃度為60g/L時(shí)，疏水薄膜能夠全面覆蓋纖維表面，水相接觸角超過(guò)150°，油相接觸角達(dá)128.0°，沾污等級(jí)達(dá)到最高5級(jí)。繼續(xù)增加整理劑濃度，其三防性能不再變化。綜上可知，三防整理劑的最佳濃度為60g/L。

2.帶液率對(duì)棉織物整理效果的影響

圖3 不同帶液率的織物接觸角與沾污等級(jí)

織物的水相接觸角與油相接觸角隨著帶液率的提高而逐漸增加，在帶液率50%左右獲得比較良好的三防整理效果，織物整理效應(yīng)達(dá)到最大值。繼續(xù)增大帶液率，水相接觸角反而略微下降，油相接觸角沒(méi)有明顯提升，沾污等級(jí)維持最高等級(jí)不再變化。由上述可知，棉織物最佳帶液率為50%。

3.焙烘溫度和時(shí)間對(duì)棉織物整理效果的影響

圖4 不同焙烘溫度和時(shí)間的棉織物接觸角與沾污等級(jí)

由圖4可知，烘焙溫度為130℃，焙烘時(shí)間到達(dá)2.5min以后，整理效果基本到達(dá)最佳水平，此時(shí)織物的水相接觸角為155.3°，油相接觸角為130.3°，防污等級(jí)為5級(jí)。

綜合考慮，單因素實(shí)驗(yàn)后優(yōu)化工藝條件為：發(fā)泡劑質(zhì)量濃度4g/L，穩(wěn)泡劑質(zhì)量濃度2g/L，三防整理劑質(zhì)量濃度60g/L，帶液率50%，焙烘溫度130℃，焙烘時(shí)間2.5min。

4.泡沫整理和常規(guī)浸扎織物耐水洗性能對(duì)比

圖5 不同水洗次數(shù)的織物接觸角與沾污等級(jí)曲線

分別對(duì)經(jīng)過(guò)最佳泡沫整理工藝后的棉織物和常規(guī)浸軋法整理的棉織物進(jìn)行耐水洗性能測(cè)試，分別洗滌0、5、10、15次，測(cè)量其水相、油相接觸角以及沾污等級(jí)，結(jié)果如圖5所示。實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)整理的織物可以經(jīng)受水洗10-15次，經(jīng)過(guò)泡沫整理的棉織物與常規(guī)浸軋法整理的棉織物相比，耐水洗性能相差不大。

結(jié)論

通過(guò)泡沫整理技術(shù)對(duì)棉織物進(jìn)行三防整理，對(duì)各影響因素探究后得出純棉織物的最佳整理工藝。在該條件下整理的織物水相接觸角達(dá)155.3°，油相接觸角達(dá)130.3°，沾污等級(jí)達(dá)5級(jí)，具有良好的三防整理效果。相比傳統(tǒng)浸軋法，泡沫整理織物擁有更好的功能性、物理機(jī)械性能、服用性能，并且耐水洗性能相差較小。泡沫整理的高節(jié)能、低給液性能可以大幅減少化學(xué)品的使用量，降低對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)也能降低生產(chǎn)成本。本文通過(guò)優(yōu)化設(shè)備設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)，為功能性純棉織物的綠色可持續(xù)發(fā)展提供了有效途徑。