应用 | 基于泡沫整理技术的棉织物三防整理工艺与性能

背景

纯棉机织物由天然棉纤维制成，具有生态环保的特性，同时拥有柔软的质地和良好的透气透湿性，深受消费者喜爱。然而，棉纤维表面富含羟基，一旦遭受污渍沾染，此类纤维很难通过常规清洗方式达到完全洁净的效果。经过三防（防水、防油、防沾污）处理的棉织物制成的服装，具备抵抗日常生活中污渍侵害的能力。因此，深入研究纯棉织物三防整理工艺具有重要的实用价值。含短氟碳链的三防整理剂（CnF2n+1，n≤6）与传统C8整理剂相比，具有相对较低的生物累积性和对环境的破坏性，已经成为新型三防整理剂的研究方向之一。泡沫整理作为一种绿色有效的染整加工技术，具有低耗能、低给液、低焙烘的优点。由于泡沫含水量较少，可以通过改变泡沫施加力度调整带液率，从而实现对棉机织物的三防处理，更能满足染整加工生态发展的需要。 

本文采用绿色泡沫整理技术对纯棉织物进行三防整理工艺探究，选用C6三防剂进行三防泡沫整理，并通过测试整理织物的表观形貌、防水、防油和防污性能，对整理剂浓度、带液率、焙烘温度和焙烘时间的影响进行探究，确定棉织物的最佳三防泡沫整理工艺。同时从功能性、物理机械性、服用性、耐洗性能以及整理均匀性5个方面与常规浸轧法进行对比，为高效绿色染整技术的发展提供一定参考意义，以期促进其在实际应用中的优化与发展。

图1 纯棉织物泡沫整理的工艺流程示意图

实验方法与仪器

方法

（1）接触角：参考DB44/T1872-2016《纺织品表面润湿性能的测定接触角法》，采用接触角测量仪对织物的水相和油相接触角进行测定。使液滴体积约为5μL，测量5次取平均值。 

（2）泡沫半衰期：在测定泡沫高度的实验中，当液体被完全排出时立即启动计时器，记录泡沫体积减小至一半所需的时间，将此时间定义为泡沫半衰期。该过程完成时间尽量缩短，以减少溶液温度变化对半衰期的影响

（3）发泡倍率：测量溶液完全发泡后泡沫体积（V2，mL）与原溶液体积（V1，mL）作比较，计算公式发泡倍率P。 

（4）沾污等级：参考GB/T30159.1—2013《纺织品防污性能的检测和评价第1部分：耐沾污性》，选用酱油作为污染物。将试样平整放置，并在其3个不同部位滴0.05mL酱油，30s后以45°的角度观察液滴在试样表面的润湿情况，并对于试样耐酱油的沾污程度进行评级，沾污等级如表1所示。

表1 纺织品防污性能检测沾污等级表

仪器

使用德国KRüSS公司接触角测量仪DSA25将5μL液滴在样品上测试接触角。同时，该设备也可以通过滚动角测试定量评价防沾污性能。 

DSA25接触角测量仪

泡沫半衰期和发泡率亦可采用泡沫分析仪DFA100进行自动测量和分析。

DFA100泡沫分析仪

结论与讨论

1.三防整理剂质量浓度对泡沫性能及棉织物整理效果的影响

图2 不同三防整理剂浓度的泡沫性能、接触角和沾污等级

由于本文用的含氟三防整理剂属于特种表面活性剂，当将其加入至溶液中，溶液的表面张力降低，发泡倍率增加，发泡性能变好。同时，随着三防整理剂质量浓度的提升，破泡速率加快，泡沫半衰期降低，这是因为氟原子核对其核外电子以及成键电子云的束缚作用强，极化率低，分布比较匀称，因此含氟的三防整理剂极性低，其氟碳链间相互作用力弱，使溶液黏度降低。黏度的降低，削弱了泡沫液膜的强度，膜内液体容易排出，泡沫稳定性下降，因此，三防整理剂质量应控制在60~70g/L左右。

初始阶段整理剂用量不足，致使形成的氟碳薄膜无法全面覆盖纤维，从而使得纤维表面分布的氟碳疏水链侧基呈现出不均匀状态，其三防性能相对较差。当整理剂的浓度为60g/L时，疏水薄膜能够全面覆盖纤维表面，水相接触角超过150°，油相接触角达128.0°，沾污等级达到最高5级。继续增加整理剂浓度，其三防性能不再变化。综上可知，三防整理剂的最佳浓度为60g/L。

2.带液率对棉织物整理效果的影响

图3 不同带液率的织物接触角与沾污等级

织物的水相接触角与油相接触角随着带液率的提高而逐渐增加，在带液率50%左右获得比较良好的三防整理效果，织物整理效应达到最大值。继续增大带液率，水相接触角反而略微下降，油相接触角没有明显提升，沾污等级维持最高等级不再变化。由上述可知，棉织物最佳带液率为50%。

3.焙烘温度和时间对棉织物整理效果的影响

图4 不同焙烘温度和时间的棉织物接触角与沾污等级

由图4可知，烘焙温度为130℃，焙烘时间到达2.5min以后，整理效果基本到达最佳水平，此时织物的水相接触角为155.3°，油相接触角为130.3°，防污等级为5级。

综合考虑，单因素实验后优化工艺条件为：发泡剂质量浓度4g/L，稳泡剂质量浓度2g/L，三防整理剂质量浓度60g/L，带液率50%，焙烘温度130℃，焙烘时间2.5min。

4.泡沫整理和常规浸扎织物耐水洗性能对比

图5 不同水洗次数的织物接触角与沾污等级曲线

分别对经过最佳泡沫整理工艺后的棉织物和常规浸轧法整理的棉织物进行耐水洗性能测试，分别洗涤0、5、10、15次，测量其水相、油相接触角以及沾污等级，结果如图5所示。实验表明，经过整理的织物可以经受水洗10-15次，经过泡沫整理的棉织物与常规浸轧法整理的棉织物相比，耐水洗性能相差不大。

结论

通过泡沫整理技术对棉织物进行三防整理，对各影响因素探究后得出纯棉织物的最佳整理工艺。在该条件下整理的织物水相接触角达155.3°，油相接触角达130.3°，沾污等级达5级，具有良好的三防整理效果。相比传统浸轧法，泡沫整理织物拥有更好的功能性、物理机械性能、服用性能，并且耐水洗性能相差较小。泡沫整理的高节能、低给液性能可以大幅减少化学品的使用量，降低对环境的污染，同时也能降低生产成本。本文通过优化设备设计和工艺参数，为功能性纯棉织物的绿色可持续发展提供了有效途径。