葉遠(yuǎn)麗，李飛，馮志忠，陸鋒，翁雨晴

(1.圣華盾防護(hù)科技股份有限公司，江蘇 江陰 214413；2.江南大學(xué)，江蘇省功能紡織品工程技術(shù)研究中心，江蘇 無錫 214122)

在自然災(zāi)害和人為災(zāi)害等緊急事件下，救援人員需要面臨人、機(jī)、環(huán)這種均衡系統(tǒng)遭到破壞的情況。在此情況下，個體防護(hù)裝備成為保護(hù)救援人員生命安全與健康的唯一屏障。因此，防護(hù)性服裝的制備極為重要。隨著材料與技術(shù)的發(fā)展，防護(hù)性服裝功能不斷增加與完善，紡織纖維向功能性、高性能性發(fā)展。吸濕快干性紡織品[1-2]，除了用于襯衣、外衣、運(yùn)動服、內(nèi)衣、西褲、襯里、裝飾用品等，還可用于衛(wèi)生醫(yī)療、防護(hù)等領(lǐng)域。這類產(chǎn)品要求必須同時具備吸水和快干兩種性能，有良好的舒適性，并且在人體大量出汗時，衣服不會由于汗水黏貼在皮膚上而產(chǎn)生冷濕感。吸濕性較好的天然纖維[3- 4]雖能滿足吸濕性要求，但在大量出汗時，導(dǎo)濕、散濕慢，水不容易揮發(fā)，影響織物的熱濕舒適性；合成纖維不含親水性基團(tuán)，吸濕性差，但易洗快干。無論是天然纖維還是合成纖維都很難兼具吸濕性和快干性這兩種性能，文中結(jié)合天然纖維與合成纖維兩者的優(yōu)缺點[5- 6]，通過適度封閉棉纖維的吸濕性基團(tuán)，研發(fā)具有一定吸濕快干性能的織物。

1 材料與方法

1.1 原料和儀器

1.1.1藥品 DTMS，分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%,北京百靈威科技有限公司提供；無水乙醇、95%乙醇、冰醋酸、丙酮，均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供。

1.1.2織物 純棉織物，規(guī)格：經(jīng)緯紗線密度為14.58 tex，經(jīng)緯密分別為524根/dm，283 根/dm。

1.1.3儀器 LHS-150HC-I恒溫恒濕箱,上海一恒科學(xué)儀器有限公司制造；DL07-YMPO-80手搖軋車，北京北信科儀分析儀器有限公司制造；NEXUS-670傅立葉變換紅外光譜儀，賽默飛世爾科技(中國)有限公司制造；SU1510掃描電子顯微鏡，日本日立公司制造；AO-100移液器，奧豪斯儀器(上海)有限公司制造；DHG-9053A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實驗設(shè)備有限公司制造；Y(B)089D全自動縮水率試驗機(jī)，溫州大榮紡織儀器有限公司制造。

1.2 整理工藝

采用DTMS為低表面能改性劑，以無水乙醇為溶劑，浴比為1∶20，用冰醋酸調(diào)節(jié)溶液pH至4～6，配制成整理液。將整理液在40 ℃下加熱水解30 min，再將經(jīng)丙酮清洗去除雜質(zhì)的干燥棉織物放入上述溶液中，在室溫下浸漬1 h，在浸漬過程中對棉織物二浸二軋(軋余率90%～100%)，軋去織物表面的整理液，使整理液分布均勻。將浸軋后的棉織物在100 ℃下烘燥，使整理液能較好地固著在織物表面。

1.3 改性棉織物的表征方法

采用傅立葉變換紅外光譜儀(FTIR)，對改性整理前后的棉織物進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)分析。

采用電子掃描顯微鏡(SEM)，對改性整理前后的棉織物進(jìn)行形貌分析，放大倍數(shù)為3 000倍。

1.4 棉織物的吸濕快干性能測試方法

1.4.1回潮率 將試樣放入烘箱中烘至絕干，稱取絕干時的織物質(zhì)量(G0)。然后把試樣置于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(溫度(20±1) ℃、濕度(65±2)%)，進(jìn)行調(diào)溫調(diào)濕平衡24 h，稱取吸濕回潮后織物的質(zhì)量(G1)?；爻甭?W)計算如下：

W=(G1-G0)/G0×100%

(1)

1.4.2滴水?dāng)U散時間和擴(kuò)散直徑 根據(jù)GB/T 21655.1—2008《紡織品吸濕速干性的評定第1部分：單項組合試驗法》，測試水滴接觸試樣表面至完全擴(kuò)散所需時間，單位為s，保留兩位小數(shù)。并測試20 s時水滴在織物上沿經(jīng)向和緯向擴(kuò)散的直徑，單位為cm。

1.4.3毛細(xì)高度 根據(jù)FZ/T 01071—2008《紡織品毛細(xì)效應(yīng)試驗方法》，將織物裁剪成規(guī)格為20 cm×5 cm的試樣(試樣的長邊平行于織物經(jīng)向)。將在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下已調(diào)濕平衡的試樣一端固定在架上，使試樣保持垂直。調(diào)整試樣位置，使試樣下端位于零位以下15±2 mm處。當(dāng)液面處于零位時，開始計時，記錄30 min時的毛細(xì)高度，單位為mm。

1.4.4蒸發(fā)速率(相對含濕率) 將試樣飽和吸收蒸餾水后，用手搖軋車對試樣進(jìn)行浸軋(軋余率為80%～90%),稱取軋液后試樣質(zhì)量(Gs)。計此時為0時刻，即放濕開始。然后將試樣置于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下自然放濕，每隔20 min稱取一次試樣質(zhì)量，記錄此刻放濕后的質(zhì)量(Gn)，觀察試樣在各個時刻的質(zhì)量變化。當(dāng)連續(xù)兩次試樣質(zhì)量的變化率不超過1%，則停止實驗。試樣在不同放濕時刻的相對含濕率(M)計算方式如下：

M=(Gn-G0)/(Gs-G0)

(2)

1.4.5保水率 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，將試樣完全充分潤濕，然后放入全自動縮水率試驗機(jī)中脫水5 min，稱其脫水后質(zhì)量(G)。保水率(K)計算如下：

K=(G-G0)/G0

(3)

2 結(jié)果與討論

2.1 DTMS用量對棉織物吸濕快干性能的影響

人體在大量出汗時，所排出的汗液會經(jīng)織物傳遞到外界環(huán)境。織物的濕傳遞形式分為汽態(tài)濕傳遞和液態(tài)濕傳遞。前者為汽態(tài)汗是通過纖維吸濕-放濕以及纖維空隙向外擴(kuò)散，后者為液態(tài)汗是通過纖維吸水-擴(kuò)散以及纖維間形成的毛細(xì)效應(yīng)來傳遞。可見，織物要具備良好的吸濕快干性，應(yīng)滿足吸濕(水)好、傳導(dǎo)快、蒸發(fā)快等要求。評價織物吸濕快干性的指標(biāo)有吸濕性、吸水性、導(dǎo)水性、放濕性。表1列出了DTMS不同用量下，棉織物的吸濕快干性能變化情況。

表1棉織物的吸濕快干性參數(shù)
Tab.1Moistureabsorptionandquickdryingpropertiesofmodifiedcottonfabric

WDTMS/%擴(kuò)散時間/s擴(kuò)散直徑/cm毛細(xì)高度/mm回潮率/%保水率/%0．1012．873．05/2．51117．26．5167．600．5014．392．94/2．36102．96．2364．861．0017．042．81/2．1585．76．0563．862．0032．522．27/1．4672．35．7446．034．00>300不擴(kuò)散不導(dǎo)濕5．5633．32

注:空白棉織物的滴水?dāng)U散時間為12.48 s，滴水20 s時水滴經(jīng)緯向直徑分別為3.67 cm和3.06 cm，毛細(xì)高度為120.7，回潮率為7.91%，保水率為72.54%。

織物的吸濕性、吸水性分別用回潮率、保水率表示。回潮率是指纖維在大氣環(huán)境下自然吸收水分的能力，即吸附氣態(tài)水的能力。隨著DTMS用量的增加，經(jīng)低表面能整理的棉織物回潮率逐漸降低，但低表面能整理劑對棉織物回潮率影響較小。當(dāng)DTMS的用量達(dá)到4%時，由于棉纖維分子鏈上的低表面能基團(tuán)所占比重大，不利于織物對水的吸收，潤濕性變差，棉織物表面表現(xiàn)為疏水性，而此時織物的回潮率為5.56%，仍比合成纖維的回潮率高(如滌綸的標(biāo)準(zhǔn)回潮率為0.4%)。究其原因，棉纖維由于存在極性集團(tuán)，仍能吸附較多的氣態(tài)水，而且改性整理對棉織物中纖維形成的孔隙并沒有造成實質(zhì)性的影響。

織物保水率是指纖維吸水后經(jīng)過一定機(jī)械方法能保持水分不易散失的一種特性。通常情況下，保水率高，說明棉織物中纖維形成的孔隙儲水能力強(qiáng)，可以防止人體出汗時，汗液在織物表面流淌，但汗液很難向外散發(fā)，則會產(chǎn)生悶熱感。保水率低，汗液能快速地經(jīng)纖維孔隙向織物表面移動，使棉織物不會長時間保留汗液，而是蒸發(fā)成汗汽擴(kuò)散到外界，織物快速干燥。總之，保水率越低，越有利于織物干燥，織物快干性好。由表1中可以看出，當(dāng)DTMS的用量較小(WDTMS<1%)時，DTMS對棉織物的保水率影響不大，隨著DTMS的用量增加，棉纖維表面被低表面能整理劑覆蓋，在織物表面形成一層拒水膜，使織物表面張力大大降低，織物保水率呈現(xiàn)明顯下降趨勢。

織物的導(dǎo)水性可用毛細(xì)高度表示，還可用水滴擴(kuò)散時間和直徑表示。毛細(xì)高度是指水分子沿織物表面單方向傳導(dǎo)的能力，水滴擴(kuò)散時間和直徑表示水分子沿織物表面各個方向擴(kuò)散的能力。棉纖維為多孔纖維，吸濕后纖維內(nèi)的孔隙由水聯(lián)通后形成毛細(xì)效應(yīng)，液態(tài)水在毛細(xì)管內(nèi)受附加壓力作用，向空氣層移動，液態(tài)水蒸發(fā)成水汽，氣態(tài)水再經(jīng)纖維間的孔隙擴(kuò)散轉(zhuǎn)移到外界環(huán)境中。由表1可以看出，經(jīng)低表面能整理，隨著DTMS的用量增加，毛細(xì)高度呈下降趨勢，水滴在織物上消失速率減慢，水滴擴(kuò)散面積縮小。當(dāng)DTMS的用量達(dá)到4%時，由于DTMS在酸催化下發(fā)生水解，生成Si—OH，Si—OH分子之間互相縮合，縮聚成具有Si—O—Si三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的拒水膜，使棉纖維分子鏈上的部分羥基被封閉，織物的比表面能大大降低，纖維與水分子的結(jié)合力減小，使得織物所吸收的水分由織物內(nèi)表面向外表面擴(kuò)散以及織物吸濕面積縮小，織物表面呈現(xiàn)疏水性效果。

織物的放濕性(蒸發(fā)速率)能直觀地反映出織物吸濕后的快速散濕能力。水滴在織物內(nèi)部和表面的蒸發(fā)速率越快，則織物快干能力越強(qiáng)。圖1為DTMS用量對棉織物放濕性的影響曲線。

圖1 DTMS用量對棉織物放濕性的影響Fig.1 Influence of hydrophobic agent concentrations on the moisture content of modified cotton fabric

由圖1可知，經(jīng)DTMS整理的棉織物的放濕速率明顯比原棉織物要快，且放濕速率隨著DTMS用量的增加而加快，說明整理程度對織物的放濕速率有影響，低表面能整理可提高織物的快干性。在開始放濕的20 min內(nèi)，織物的放濕速率很快，能散失40%～50%水分。這主要是由于在水分蒸發(fā)前，需要經(jīng)歷潤濕、吸濕和擴(kuò)散過程。織物潤濕后，水分完全被織物吸收，吸附在織物的內(nèi)部和表面。在開始階段，吸附在織物表面的水分揮發(fā)得快，而吸附在織物內(nèi)部的水分需從織物內(nèi)部轉(zhuǎn)移到表面，再擴(kuò)散到外界。

放濕20 min時棉織物的相對含濕率變化如圖2所示。由圖1、圖2可以看出，當(dāng)DTMS用量較小時，棉纖維分子鏈上仍有較多的羥基，水分子與棉纖維緊密結(jié)合，大部分水分子先吸附在織物表面，再揮發(fā)，延遲了織物內(nèi)部水分揮發(fā)的時間，放濕速率減慢。隨著DTMS用量的增加，棉纖維分子鏈上的羥基部分被封閉，DTMS分子之間產(chǎn)生部分交聯(lián)，使水分子進(jìn)入受到阻礙，大部分水分可以較快地從織物內(nèi)部轉(zhuǎn)移到表面，直接擴(kuò)散到外界，織物干燥速率加強(qiáng)。而當(dāng)DTMS質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到4%時，放濕20 min時織物的相對含濕率降至20%左右，織物達(dá)到放濕平衡時的含水率比DTMS用量較小時要高。這可能是由于在該用量下，織物表面覆上了一層拒水膜，水潤濕織物后容易從織物表面脫落，水分子很難滲透到織物內(nèi)部，僅僅吸附在織物表面。所以，結(jié)合棉織物的回潮率、保水率、放濕性、毛細(xì)高度以及水滴在棉織物上的擴(kuò)散時間和擴(kuò)散直徑，DTMS的適宜用量為2%，此時改性整理的棉織物吸濕快干能力最好。

圖2 放濕20 min時棉織物的相對含濕率變化Fig.2 Relative moisture content of modified cotton fabric with different DTMS concentration after 20 min libreating

2.2 改性棉織物的表征

選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的DTMS對棉織物進(jìn)行整理，整理前后棉織物的紅外光譜如圖3所示。由圖3可知，在3 333 cm-1處的吸收峰，是棉纖維中羥基(—OH)的伸縮振動吸收峰；2 900 cm-1處的吸收峰為—CH—鍵的伸縮振動吸收峰；1 640 cm-1處對應(yīng)的是—C—O—的伸縮振動吸收峰。在接枝后的棉織物的紅外光譜中，這幾種吸收峰的強(qiáng)度有所減弱，但減弱程度不大。對比兩條曲線可以看出，接枝前后棉織物的紅外光譜圖峰形基本不發(fā)生變化，可能是由于硅烷類低表面能試劑用量少，接枝在棉織物表面的疏水基團(tuán)少的緣故。

圖3 整理前后棉織物的紅外光譜Fig.3 FTIR spectra of cotton fabric before and after finishing

整理前后棉織物的掃描電鏡如圖4所示。由圖4可以看出，整理前棉織物相對光滑，而經(jīng)DTMS整理后，棉織物表面變得粗糙，被微小顆粒所覆蓋，這可能是由于DTMS水解后在織物表面發(fā)生交聯(lián)導(dǎo)致的。

圖4 整理前后棉織物掃描電鏡圖Fig.4 SEM images of cotton fabric before and after finishing

3 結(jié)語

1)經(jīng)DTMS整理后，棉織物的吸濕回潮能力有所下降，織物的干燥速率加快，能滿足吸濕快干的效果。

2)當(dāng)DTMS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時，織物的吸濕快干性較好，且制備出的吸濕快干棉織物，能滿足健康性、安全性、環(huán)保性要求，能應(yīng)用于衛(wèi)生醫(yī)療和防護(hù)領(lǐng)域。

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