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防水拒油污非织造工艺
刘建勇/文 2014/10/29
许多应用场合都要求非织造布经过拒水、防水或拒油整理,以确保其性能,例如建筑用防水材料、一次性医用防护品等。根据美国职业安全及保健条例(OSHA)规定:凡有血液或其他潜在传染性物质喷溅可能性的场合,必须穿着阻液服。规定中提到的阻液服就是指经过后整理处理,具备防水、拒水或拒油性能的非织造材料制成的面料,其目的是将安全屏障设立在传播初期。
近两年来,尽管新的拒水剂、防水剂和拒油剂品种开发甚少,整理工艺的进展也不引人注目,但其却悄悄进入多功能产品市场。例如,在涂层整理过程中,为防止涂层浆渗透到织物的背面,拒水或拒油整理作为基布的预处理而广泛地在应用中;涂层后再经拒水或拒油整理,以增加织物的功能性;拒水或拒油整理与摩擦轧光结合,可开发出拒水或拒油油光织物;拒水整理与阻燃整理结合后,能产生出具备拒水、阻燃两种功能的织物,为在特殊环境下的人员(如消防人员),提供具有安全感的服装衣料等。
需要注意的是,防水、拒水和拒油性能的测试方法尚不完善,需要改进和提高,并尽快使之标准化。特别是拒水拒油整理织物的产品标准,尚未引起行业内相关人士的注意。随着我国经济建设的发展,各方面对这类织物的需求量都在增加,不同用途织物对防水、拒水和拒油性能的要求不同,而不同拒水和拒油性能的要求亦是由合理的整理工艺来实现的。因此,制定各种用途的拒水和拒油整理织物的规格要求,应该说是今后的重要研究课题。
 
拒水整理方式
 
根据物质表面能的大小,可以选择石蜡、硅氧烷、含氟化合物等作为织物拒水整理剂,为了保证拒水效果及耐久性,整理剂应与织物具有较强的结合力。在整理剂分子上引入能与织物形成化学键的基团是目前常用的方法。
石蜡类拒水整理。石蜡类拒水整理操作方便、价格低廉,目前使用较多,特别适用于不常洗涤的工业用布,如遮盖布、帷幕等,其中金属皂-石蜡类拒水整理发展最快。
呲啶类拒水整理。呲啶类拒水整理的代表是英国ICI公司发明的呲啶类拒水整理剂,商品牌号为Ve-lan PF。Ve-lan PF中含有60%的有效成分,外观呈浅棕色膏状或灰白色浆状物,属于阳离子表面活性剂,能耐硬水和酸,但不耐碱及硫酸盐,100℃以上容易发生变质或分解。
有机硅拒水整理。该类方法是目前经过国际认证的最佳拒水整理方式。经有机硅拒水整理后,会在非织造布的表面覆盖一层聚甲氢基硅氧烷的乳液状薄膜,其氧原子指向纤维表面,而甲基则远离纤维表面呈定向排列状。研究发现,有机硅聚合物在纤维表面适当的定向排列是其具有拒水性的必要条件。有机硅拒水整理技术目前仍旧处于实验室阶段,但重点实验数据已经相对完善:聚甲氢基硅氧烷与乳化剂的最佳混合比例为3∶7,烘干温度不得低于150℃时,拒水效果最好。据了解,德国一家车用生产企业已经与下莱茵大学合作进行实验性生产。
日本三菱重工业公司研制出了一种具有防水透气功能的高技术树脂,只要将这种称为形状记忆聚合物的液态材料涂于面料表面,面料就不会透水,但湿气仍能从里向外透出,非常适合制作雨衣等功能性服装。该形状记忆聚合物的防水透气功能与人类的汗毛孔相似,十分具有发展前途。
含氟类拒水整理。目前来讲,含氟拒水整理剂的工业方法可分为调聚化法和电解氟化法两种。日本大金工业、旭硝子公司及美国杜邦公司利用调聚化法生产含氟拒水剂,美国3M公司利用电解氟化法生产含氟拒水剂。含氟防水剂不仅具有拒水性,而且还具有防油性,并且不损害纤维原有风格,因此,得到了迅速普及,成为当今国际拒水剂的主流。目前,在非织造布加工中使用的大多数是长链氟烷基丙烯酸酯类聚合物的乳液或溶液产品,全球每年大约使用几万吨。
衡量拒水整理效果的好坏,除了将润湿难易的程度作为判断标准外,还要求对其防止水分透过的能力做定量的分析。防渗能力除了取决于纤维的界面张力变化、几何形状和粗糙度以外,非织造布毛细管间隙的大小对水的渗压也有很大的影响。
在防水整理加工方面,已开发出多种加工方式,如多孔性薄膜粘合方法、聚氨酯湿式涂布法、干式涂布法等。用上述方法加工的产品既防水又透湿、透气,可作为衣服面料使用,是目前较好的非织造布防水加工方法。而防水整理所用的防水剂不论是疏水性的还是亲水性的,都是通过堵塞织物空隙的方法达到防水的目的。
 
拒污拒油整理
 
拒污整理主要用于那些不需要洗涤的非织造布,例如装饰织物、汽车内饰材料和造纸毛毯等。这些污垢通常由粒子和各种液体组成。因此,污染物可以是流体也可以是固体粒子。室内非织造装饰纸和汽车内饰装饰用材料所用的抗污染剂应是拒水和拒油剂,这样可以减少织物对水性和油性污染物的吸收,使拒污整理织物上的液体污染物在洒落后立即除去。而对造纸毛毯及合成革、毡类产品进行防污整理需要减少污垢的累积,使用过程中会反复经受机械力的作用,因此,拒污剂必须具有耐磨性。可见,对不同的产品和不同的使用环境需要采取不同的拒污整理方法。
根据沾污的特点,改变纤维的表面状态和表面能量的大小,就可以改善纤维的沾污性能。例如,增加合成纤维的抗静电性能的同时也可以改善其防沾污能力;通过对纤维进行低表面能处理也可以提高抗液体污物的能力。目前市场上主要有拒油整理和易去污整理两种方法。
拒油整理。液体污染主要是通过润湿,先在纤维表面沾污,然后通过毛细管作用向织物内部、纤维之间和纱线之间沾污。其原理与水对纤维表面的润湿和渗透相似,只是通常油性液体污物的表面张力比水小,因此,液体污物对非织造布的润湿能力更强。目前,能够使纤维表面能力达到上述水平的整理剂只有含氟聚合物一类,而聚硅氧烷等其他整理剂则难以达到上述拒油污的水平。
易去污整理。易去污整理的目的主要是使疏水性纤维上的油性液体污垢易于被除去,又因为液体污物常常作为颗粒的载体和胶结剂,若液体污物易于洗去,则颗粒也容易去除。根据应用经验总结,易去污整理剂应当具备5项性能:干态下具有低的表面能,表现出良好的拒水拒油性能;湿态下具有良好的可湿性能;具备良好的耐水洗性能;具备良好的耐干洗能行;不影响非织造布原有性能,无毒,对环境和人体友好。
 
拒水防水拒油性能测试方法
 
非织造材料经防水、拒水和拒油整理后,其防水拒水性和拒油性的测试方法很多,目前行业内运用比较频繁的包括以下5种。
织物表面抗湿性测定。将测湿试样装在试样框夹上,安装于与水平成45°角的固定的底座上,用规定的250mL蒸馏水或去离子水(温度为20℃±2℃或27℃±2℃),迅速而平稳地注入漏斗中,通过与试样中心规定距离的喷头在25~30s内,朝试样中心平均而持续不断地喷淋。喷淋完毕,将试样框夹取下,轻轻地拍打两下,然后与评级样和评级标准文字评定级别。其中:1级——受淋表面全部润湿;2级——受淋表面有一半润湿,通常指小块不连接的润湿面积的总和;3级——受淋表面仅有不连接的小面积润湿;4级——受淋表面没有润湿,但在表面沾有水珠;5级——受淋表面没有润湿,在表面也末沾小水珠。
织物表面抗湿性测定,是各种拒水整理织物中最常用的方法。这种测定方法各国差不多都应用,这种方法常见代号有:ISO 4920-1981(E),AATCC 22-1977,BS 3702-64等。
织物抗渗水性测定。织物的抗渗水性能,不仅与拒水剂种类和处方有关,更重要的是决定于织物的组织规格(如紧度)和纱线的均匀性。这种测定主要用于致密的织物(如帆布、帐蓬布等)。这种方法常见代号有:ISO811-1981(E);AATCC 127-1977;BS 2823-68,GB 4744—1984(报批稿)等。
淋雨试验。本试验是在实验室中模拟自然降雨条件下,测定试样抗淋雨性能的一种测定法。这种测定法在某些地区已有采用,其中较为著名的有AATCC 35-1978,而Bundersmann淋雨测定法,在联邦德国和英国应用较多。
吊水性试验。吊水法又称水兜法试验。它是将试样折成方兜后,存放在60℃的水中,观察耐渗透的水柱高度,并将其作为衡量标准。目前尚属各工厂内部考核特种用途的拒水或防水织物时的测定方法。
织物拒油性能测定。织物拒油性能是用一系列不同表面张力的液体来测定的。这种方法最早是美国3M公司提出的,标准试液是以白色矿物油、正庚烷以及二者不同比例的混合。DuPont公司和AATCC公司是以各种烃类作为标准试液。在上述三种方法中,以AATCC法应用较广。但其试验方法都是将标准试液滴在织物表面上,保持一定时间(如30s,3M公司为3min),观察其润湿情况,以能在织物表面成珠的最高级标准试液的级数表示。
 
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