純棉面料高耐靜水壓防水整理工藝

張戰旗，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今主流工藝是通過涂層或覆膜整理來實現防水、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高耐靜水壓，流程短、工藝簡便，更具有低成本的優勢；雖然耐靜水壓性能不及涂層或覆膜法，但經過工藝優化后，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，探討組織規格、焙烘溫度、焙烘時間、防水劑用量、交聯劑種類和用量以及洗滌方式和次數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、交聯劑NN-1（青島歐諾思化工有限公司）。

1.2 儀器

連續式定形烘干機、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，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整；高溫條件還有利于交聯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 的交聯程度，使耐靜水壓提升［3］。當焙烘溫度為170 ℃時，繼續升高溫度，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，研究交聯劑用量對防水效果的影響。防水加工流程及參數為：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 交聯劑種類和用量對防水效果的影響

交聯劑對防水性以及洗后防水性有著積極影響。交聯劑中的異氰酸酯基團分別結合防水劑與纖維上的—OH，在纖維表面形成網狀結構，提高面料的耐靜水壓［4］。由表7 可以看出，使用交聯劑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，交聯劑NN-1 15 g/L。

2.5 洗滌方式與次數對防水效果的影響

隨著洗滌次數的增加，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對防水效果的影響，洗滌方式從家庭洗滌、工業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，建議根據面料的實際使用情況，妥善調整工業洗滌參數，以實現更持久的使用壽命。

表8 洗滌方式與次數對防水效果的影響

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）。