织物的防水整理方法与防水纺织品

一、织物的防水整理

  随着人们生活质量的不断提高和纺织工业的持续进步,传统纺织品的一些基本功能已经不能够满足人们的需要,各种功能性纺织品得到了广泛的关注,人们对面料的服用性能要求也越来越高。目前,市场上对具有防水功能织物的需求不断增加,为使织物具有防水性能,可以采取下列途径:

  (1)减小织物界面的表面张力,常用方法有:

  l 增加织物的紧度;

  l 纱线吸湿溶胀,织物相应发生收缩。

  (2)增大固液气三相交界处的接触角。常用方法有:

  l 通过防水整理以降低织物界面的表面能,减小芯吸作用;

  l 利用织物的浮长线来模拟荷叶表面的乳头状突起,使得织物表面呈现细小的凹凸。目前,采用防水整理剂对织物表面进行整理的应用比较普遍。

1. 防水整理的原理与涵义

  在固、液、气三相界面,根据杨氏方程,表面张力的关系如下:

  式中:θ为固-液-气三相边界处的接触角;γsv为固-气的界面张力;γsl为固-液的界面张力;γlv为液-气的界面张力。

  当接触角θ>90°,液体在织物表面形成液滴,很难润湿织物的表面;接触角θ<90°,液体能润湿织物表面;当接触角θ为零时,液滴对织物表面能完全润湿。因此,防水整理的目的是在织物表面形成很低的表面张力,使得水在其表面形成极大的表面接触角。

图1 液滴在固体表面的平衡状态

  防水实际上常将“拒水”包括在内。按照整理后织物表面性能的不同,可分为两大类:一类是防水不透气的整理,也称为涂层整理。它是在织物表面均匀涂一层不溶于水、不透气的涂层材料,整理后织物的孔隙被堵塞,阻止水和空气通过织物表面,如用聚丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、橡胶、桐油等处理织物,织物不但不透水不透气,而且手感也比较硬,因此一般不宜作衣着用品,多适用于工业用布和户外用品。另一类是防水透气整理,也称为拒水整理。它是指织物经整理后,整理剂改变了纤维的表面性能,使得纤维表面呈疏水性,使织物不易润湿,但仍可以透气,手感较柔软,常用来制作雨衣及其他衣着织物。

2. 防水工艺分类

  纺织品的防水原理就是就是阻止水分子穿过织物,从而达到防水效果。通常是通过改进织造工艺或经过整理剂处理使织物的孔隙率小于水分子的直径,进而达到防水性能,但同时也影响了透湿性。随着人们需求的不断提高,往往在追求防水功能的同时,还十分看重其透湿效果,特别是对于服用及特殊用途的产品,为了提高穿着舒适性,通常要求产品不仅仅要防水,还要具有良好的透湿功能。目前,纺织品的防水加工工艺主要有以下三种。

2.1 疏水剂整理法

  此类方法是将织物经过各种疏水剂的乳液或溶液浸轧、干燥、焙烘后,在织物表面形成一层疏水基因,阻止水分子穿过织物,从而达到防水目的。浸轧通常是在常温或55~70℃条件下进行。此类工艺简便易行,成本低,但产品的透气性随不同的疏水剂有所不同,且防水性不理想,耐水压低,耐水洗和干洗性较差。适用此类工艺的疏水剂种类较多,如早期的铝皂防水剂,石蜡乳液等,近期的有机硅、有机氟等。

2.2 涂层整理法

  涂层整理法主要是采用层压或涂层工艺在织物表面涂覆一层薄膜,封闭织物表面的孔隙,以获得防水性。经此方法得到的产品虽然不透水,但同时不也透气,较多用于制作防雨篷布、雨伞等开放式使用的产品,不太适用于穿着产品。随着加工工艺的改进,既能防水又能透气的产品越来越受到市场的关注,透气性主要是通过涂层剂在织物表面形成大量微孔而获得,利用涂层和薄膜的微孔将湿气传递出去,要想达到这种效果可以选择在涂层中加入亲水性微粒、多孔填料或发泡剂等,使涂层中产生排出水气的通路。但此类方法在加工中往往由于产生的小孔不均匀,不能完全阻挡水滴浸入。后来从高聚物微结构形态着手,在特定工艺条件下,使某些高聚物能生成原纤维组成的行列薄片结构,经单轴拉伸而形变,在行列之间形成多微孔,经过热处理,该结构被固定下来,这些微孔直径在0.2~10μm之间,孔隙率达80%以上。由于微孔直径是水滴直径的1/500~1/10,是水蒸气分子直径的500~25000倍,因此可以阻止水滴通过,而让水蒸气分子自由通过。

  适用此类涂层工艺的整理剂主要是聚合物涂料,如氯丁橡胶、乙烯其树脂、聚丙烯酸酯类树脂、聚氨基甲酸酯等。整理剂中可添加各种助剂,赋予产品耐低温、防油、防霉等各种优异性能。近年来,随着高分子合成技术的发展,出现了具有微孔的超薄高分子膜,采用粘结或层压技术使其与织物结合,如聚四氟乙烯多微孔薄膜与织物层压成复合材料,既能保持织物柔软、轻薄的特点,又能达到防水透气的效果。

2.3 紧密织物法

  紧密织物法是利用水滴的最小直径与水汽直径之间的差异来实现。采用特殊织造工艺,使织物经纬交织间的孔隙介于水滴最小直径(100μm)与水汽(0.0004μm)的直径之间,允许水汽通过织物而阻止水滴穿过,从而达到防水透气的目的。基于这一原理设计的防水透气的织物有超细高密织物、特高密度的织物以及超细纤维和超高收缩技术结合的织物等。以超细纤维织造的高收缩织物为例,使用0.1旦或更细的超细纤维,织物的径向每英寸有1万多根纤维,纬向每英寸为5-6万根纤维,这种织物的密度是普通织物的20倍左右,织物经过收缩后是原坯布面积的60%,纱线间孔隙只有7μm左右,因此织物质地紧密,与合成皮革相似,表面有微细绒毛丛立着,起到透气防水的作用。

  现在的紧密型防水织物多是超细聚酯或尼龙纤维织物,纱线之间紧密排列,耐水压可达104-105Pa。由于此类织物不用疏水整理加工,也没有涂层、覆膜等工艺,完全保持了织物自然的风貌,因此手感好,风格柔软,服用性能优良。但由于织物密度大,织物的撕裂性能差,而且纺纱织造必须特殊处理,生产成本较高,加工困难。

  

二、防水纺织品

  防水整理是常用且比较成熟的特种整理,发展历史悠久,从我国古代使用的桐油伞和兽毛皮等,到现代形形色色的防水纺织品,如特种防水衣、防水帐篷等,主线是涂层和层压织物,主要产品有以下3个类型:

1. 高密织物

  20世纪40年代初由英国Shirley研究所设计的Ventile防雨布,是以埃及长绒棉为原料的高支低捻纯棉纱强盛的高密重平组织,其优点是干态下的透湿性、柔软性和悬垂性较好,舒适性较佳,没有静电并兼有一定防水能力;缺点是耐水压值较低,湿水后既硬又重,且不透湿。最初主要用于第二次世界大战期间英国空军飞行员的防寒抗浸服,至今依然适合制造休闲服、飞行服等价格昂贵的服装。

2. 层压织物

  主要以美国的“Gore-Tex”品牌最为著名。1969年R.R.Gore研制成功第1代以聚四氟乙烯(PTFE)树脂为原料、经拉伸形成的微孔薄膜,与纺织品层压黏合后,既可使水蒸气通过,又可阻止水滴通过。而PTFE薄膜又是拒水的,因而使薄膜具有优良的防水透湿性能。随后“Gore-Tex”又推出了经改进的第2代、第3代层压织物,透湿大,耐水压、耐水洗和综合性能也更好。

3. 涂层织物

  1962年Bayer实验室发明了具有水汽渗透性能的聚氨酯(PU),后来又推出了PU微孔涂层织物和亲水PU薄膜织物。到了20世纪80年代中期,以聚氨酯为代表的干/湿工艺涂层技术的研发对开发防水透湿功能产品起到巨大的推动作用。目前国内外的相关产品已多达几十个品牌,主要有以下3个品种:亲水性无孔聚氨酯涂层、微孔涂层织物和亲水与微孔的复合织物。