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特种功能整理

第十二章　特种功能整理

随着社会的发展和人类文明程度的提高，传统纺织品的基本功能即遮羞御寒、装饰美化、礼仪等作用已远远满足不了人类对纺织品服用性能的更高要求，因此要求纺织品还必须具有一些特殊的性能。

通过一些特殊的整理加工，使织物具有某些特殊性能的加工称为特种整理。

由于各种织物用途上的差异，因此其特种整理的内容也不同，如：

　　　　　　　　　①防水、拒水整理；

　　　棉织物　　　②阻燃整理；

　　　　　　　　　③防油污整理；

　　　　　　　　　④防辐射整理；

　　　　　　　　　①亲水整理；

　　　　　　　　　②仿丝绸整理；

　　　合纤织物　　③防油污整理；

　　　　　　　　　④防熔融整理；

　　　　　　　　　⑤防起毛起球整理；

第一节　拒水和拒油整理

一、拒水拒油的概念和拒水拒油整理的发展

　　在织物表面施加一种具有特殊分子结构的整理剂，改变纤维表面层的组成，并以物理、化学或物理化学的方式与纤维结合，使织物不再被水或常用油类（如食用油、机油等）所润湿，这种整理工艺称为拒水或拒油整理，所用的整理剂分别称为拒水剂或拒油剂。

通常所说的防水整理按整理后织物的透气性能可分为两类即

　　第一类：

不透气的防水（WterProofing）整理，

　　　　　　俗称涂层整理

　　第二类：

透气的防水整理（WaterRepellency）

　　　　　　俗称拒水整理

涂层整理

在整理加工中，使织物表面涂有一层不透水、不溶于水的连续薄膜，来达到防水整理的目的，经整理后的织物也就不透气。

此类产品主要用于制作帐篷、雨伞等用品。

拒水整理

在整理加工过程中，改变纤维的表面性能，使其由亲水性的表面转变为疏水性的表面，来达到拒水整理的目的。

　　由于通过整理后，织物中纤维间和纱线间仍保存着大量孔隙，这样织物既能透气，又不易润湿，只有在水压相当大的情况下，都会发生透水现象，适宜做雨衣、滑雪衫等。

二、拒水和拒油原理

　　水的极性很强，其表面张力为γ水＝72.8　dyn／cm。

当物体的表面张力与γ水十分接近时，水便能很好地润湿该物体。

反过来说，该物体的表面张力与γ水的差值越大，越难被水润湿，也就是说拒水性越好。

　织物的拒水整理，就是使用一些特殊的整理剂，使织物中纤维的表面性能发生变化，即疏水性增强，表面张力减小，而产生拒水作用的。

　一滴液体滴在固体表面上，会形成各种不同的形状如：

当液滴在固体表面上处于平衡时，其A点受力情况如下所示：

并满足Young公式：

　　从润湿角度考虑：

θ＜900，且越小润湿效果越好；

　　从拒水作用考虑：

θ＞900，且越大拒水效果越好；

　　当　θ＝0时，液滴在固体表面铺平；

　　当　θ＝1800时，液滴在固体表面上呈球状，而滚动；

　　从Young公式可以看出：

在拒水过程中γL是不变的，从拒水要求来说，θ越大越有利于水滴的滚动流失，也就是说γS－γLS越小越好。

拒水整理正是基于这一点而进行的加工。

一些不同化学结构的固体表面对水的接触角如下所示：

固体的临界表面张力（γｃ）

由于固体的表面张力难以测定，为了了解固体表面的可润湿性，Zisman通过测定固体的临界表面张力γC来表述固体的表面性能。

所谓γC是用不同γL的液体来测定在某一

固体上的接触角，通过外延法求得接角θ恰好为00时的液体的表面张力。

三、常用拒水拒油剂的结构、性能和整理工艺

根据拒水整理效果的耐洗性，可将拒水整理分为不耐久、半耐久和耐久三种，主要取决于所用拒水剂本身的化学结构。

　　　　　　　　　　　不耐久：

耐5次以下洗涤

　　拒水整理耐久性　　半耐久：

耐5－30次以下洗涤

　　　　　　　　　　　耐久性：

耐30次以上洗涤

按标准方法洗涤，耐20次洗涤的拒油整理称为耐久性拒油整理。

　拒水剂种类很多，有金属皂类、蜡和蜡状物质、金属络合物、吡啶类衍生物、羟甲基化合物、有机硅（聚硅氧烷）和含氟化合物等。

目前常用的拒水剂主要是有机硅和含氟化合物，拒油剂则是含氟化合物。

1、铝皂和锆皂拒水剂

铝皂是最古老的一种拒水剂。

先将水溶性的肥皂施加于织物上，然后用铝盐如醋酸铝、甲酸铝或硫酸铝处理使其形成铝皂即［（C17H35COO）3Al］而沉积于织物上。

缺点：

整理品的耐洗性差

2、石蜡－金属盐类拒水整理剂

　　金属盐：

　铝盐如醋酸铝、甲酸铝等；

　　　　　　　锆盐如二氯氧化锆等

　　特点：

①制造简单、成本低、应用方便；

　　　　　②当效果降低后，可再进行处理而得到恢复；

　　　　　③　不耐水洗、不耐久、拒水效果较差；

　工艺流程：

　　　　浸轧石蜡乳液→烘干→浸轧金属铝液→烘干

3、金属络合物

　　金属络合物主要是硬脂酸的铬络合物。

用铬络合物处理后的织物于150～170℃焙烘时，络合物发生进一步聚合。

同时，该络合物也可与纤维表面的羟基、羧基、酰胺基或磺酸基反应形成共价键。

络合物的无机部分键合于纤维表面，有机疏水部分远离纤维表面而垂直于纤维表面排列，从而赋予织物以拒水性。

4、吡啶类拒水剂

　　吡啶类拒水剂主要是氯化硬脂酰胺甲基吡啶，它是由硬脂酰胺、盐酸吡啶和多聚甲醛反应而成的。

该产品就是著名的防水剂VelanPF。

氯化硬脂酰胺甲基吡啶在高温处理时可以与纤维素纤维反应形成醚键，从而在纤维上产生耐久性的拒水效果。

5、N-羟甲基化合物拒水剂

　　在纤维素纤维交联整理中应用的N-羟甲基化合物也成功地应用于纤维素纤维的耐久性拒水整理。

　　例如织物防水整理剂HPC、防水剂AEG为乙醚化六羟甲基三聚氰胺与硬脂酸、十八醇、三乙醇胺反应的混合物，再与适量石蜡、乳化剂复配而成。

N-羟甲基化合物是以甲醛和胺类化合物反应而成的，在应用过程中存在甲醛释放问题，不符合生态纺织品的要求。

6、有机硅拒水剂

　　有机硅是以－O－Si－O－为主链的聚合物，这些聚合物称为聚硅氧烷。

　　用于纺织品拒水整理的有机硅中的取代基R通常是甲基（聚二甲基硅烷或称二甲基硅油）、氢（聚甲基含氢硅烷或称含氢硅油）或羟基（如聚ω，α-二羟基硅烷或称二羟基硅油）。

目前，这些有机硅产品最主要的用途是作为柔软剂使用。

　　有机硅整理后的织物产生拒水性是由于在纤维表面覆盖了聚硅氧烷薄膜，其氧原子指向纤维表面，而甲基远离纤维表面排列。

因此有机硅聚合物在纤维表面适当地定向排列也是整理织物具有拒水性的必要条件。

有机硅拒水剂整理工艺举例如下：

浸轧液组成：

　　甲基含氢硅烷乳液　30g/L

　　羟基硅烷乳液　70g/L

　　胺化环氧交联剂　14.2g/L

　　结晶醋酸锌　10.8g/L

　　氯氧化锆5.4g/L

　　一乙醇胺4.5g/L

整理工艺:

　二浸二轧（轧余率70%）→烘干（100～105℃）→焙烘（150～160℃，5～7min）→水洗→皂洗→水洗→烘干

7、含氟化合物拒水拒油剂

含氟化合物拒水拒油剂的性能不同于有机硅和脂肪烃类拒水剂，其中最重要的差异是其具有拒油性。

含氟化合物既能拒水又能拒油，而有机硅和脂肪烃类化合物只有拒水作用，所以有机硅类拒水剂已逐渐被含氟烃类化合物所取代。

浸轧液处方：

　　　AsahiguardAG—70　50g/L

　　　羟甲基类拒水剂　　40g/L

　　　DMDHEU　　30g/L

　　　结晶氯化镁　　　12g/L

整理工艺：

二浸二轧（轧余率70%～75%）→烘干（充分烘干）→热处理（160℃，3min）→水洗→皂洗→水洗→高温烘干

8、氟硅混合型拒水拒油剂

　　有机氟聚合物用于拒水拒油整理时，织物手感偏硬。

有机硅化合物的柔软性和平滑性较好，但拒水整理效果不及有机氟聚合物优良，又不具备拒油作用。

如果在有机氟聚合物整理过程中加入少量的有机硅整理剂，则会损害有机氟优良的拒水拒油性，两种整理剂拼用有相互抵消的作用。

近年来，美国3M公司等开发了具有高拒水拒油性和优良柔软性的氟硅混合型产品。

　　这种产品有支链型和嵌段共聚型两种。

支链型是聚硅氧烷在氟聚合物链侧向以化学键连接，可赋予织物优良的拒水拒油性和柔软性，但支链型结构复杂，聚合过程难以控制，聚硅氧烷链段易发生链转移。

嵌段共聚型是氟碳链段与硅氧烷链段形成嵌段共聚结构。

四、拒水拒油性能的测试

　织物的拒水性有各种不同的动态和静态测试方法，通常是以在一定的试验条件下，织物对抗水的润湿和渗透能力来表示。

　　　　　　　　　沾水试验　　模拟曝露于雨中的织物

　　试验方法　　　静水压试验　测定水对织物的渗透性

　　　　　　　　　吸水试验　　吸水性试验

第二节　易去污整理

一、基本概念

　　防污：

是指纺织品在使用过程中不会被水性污垢和油性污垢所润湿造成沾污，也不会因静电原因而吸附干的尘埃或微粒于纤维或织物表面。

　　使纺织品具有防污性能的整理称为防污整理。

　　易去污：

是指织物一旦沾污后，污垢在正常的洗涤条件下容易洗净，而且织物在洗涤液中不会吸附洗涤液中的污物而变灰。

　　使纺织品具有易去污性能的整理称为易去污整理。

　　20世纪70年代，美国3M公司研究开发了具有防污和易去污双重功能的整理剂。

一、织物沾污的分析

1、服装上污垢的组成

　　　　　　　　　人体　如皮脂、汗液等

污垢来源

　　　　　　　　　环境　如尘土、食品残留物、有机污物等

2、织物沾染污物的原因

1）物理性接触；

2）静电效应吸附干微粒、尘埃；

3）洗涤时再沾污；　

二、易去污原理

　　洗涤过程中，污垢脱离纺织品表面，除与洗涤液的组成和洗涤条件等因素有关外，主要取决于纺织品的表面性质。

沾污织物在洗涤液中，油污与洗涤液和织物处于如下图所示的平衡状态。

　　图12-8中：

　　θ－为织物、油、水三相交界处的接触角；

　　γow－油／水相的界面张力；

　　γwf－水／纤维相的界面张力；

　　γof－油／纤维相的界面张力；

　　平衡时，各界面张力间存在如下关系：

　　γwf=γof+γowcosθ

　由于油污从在织物上的铺展状态（θ=0°,cosθ=1）到θ=180°,cosθ=-1时，油污才能完全“卷珠”离开织物表面。

所以去除油污的充分必要条件是θ=180°,cosθ=-1。

　　根据上述分析，易去污的条件是：

γof应尽可能大，γwf和γow应尽可能的小。

γow的值尽可能小是指从织物上脱离下来的小油滴能稳定悬浮、分散在水相中。

γow的大小决定于洗涤剂的品种和浓度，一般情况下其值是小的。

对于极性纤维而言，由于它与水有强烈的相互作用，γwf的值也小，而γof值较大。

　　即纺织品必须具有高的亲水性能，这是易去污整理技术一项重要的指导原则，事实证明也是行之有效的途径之一。

非极性纤维表面引进亲水性基团或用亲水性聚合物进行表面整理，可提高纤维的易去污性能。

三、易去污整理剂和整理工艺

1、嵌段共聚醚酯型易去污剂和整理工艺

嵌段共聚醚酯型易去污剂（简称聚醚酯）是涤纶最早的一种耐久性易去污剂，其商品名称为PermaloseT，由英国ICI公司生产［26］，它能使涤纶及其混纺织物具有优良的易去污、抗湿再沾污和抗静电性能。

聚醚酯类易去污剂和涤纶有相似的结构，在整理时的热处理过程中，和涤纶形成共结晶或共溶物，耐洗性好。

聚醚酯由对苯二甲酸乙二醇酯和聚氧乙烯缩聚而成，其结构通式如下：

　　聚醚酯有易去污性能是由于嵌段共聚物均匀地分布在疏水性涤纶的表面，聚氧乙烯基中的氧原子能与水分子形成氢键，使涤纶亲水化所致。

聚醚酯易去污剂的应用工艺主要为乳液浸轧法，对涤棉混纺织物增重在１％～３％。

工艺流程：

　　浸轧（轧余率70％）烘干（120～130℃）热处理（190℃，30s）平洗烘干

　　浸轧液组成：

　　ＰermaloseTG６０g

　　水　　　　　　x

　　合成　　　　　１０００g

　　若与树脂DMDHEU、PU等混用，以氯化镁为催化剂，可获得耐久压烫与易去污两种功能。

四、防污及易去污整理剂和整理工艺

　　防污及易去污整理是纺织品既在大气中有良好的防污效果，一旦被沾污后，又要易去污。

织物既要防污又要具有易去污性能，它在液相介质中必须具有很高的可湿性，γwf要小，γof要大，同时在空气介质中具有很低的界面能，不为常见的油性污所润湿。

由表12-4可见，经有机氟整理剂整理的棉织物，在大气中的临界表面张力远较未整理棉织物的低，所以有优良的拒水拒油性。

可是，在水中，未整理棉织物的临界表面张力仅为28mN/m，而经有机氟整理剂整理的棉织物却要大于9mN/m，这就是一般棉织物上沾上油污后容易去除，但经有机氟整理剂整理的棉织物沾上油污后就不容易洗净的缘故。

　　Smith和Sherman认为，防污和易去污整理应同时具备三个条件：

①是在纤维表面覆盖有一层薄膜，减少纤维表面的不均匀性；

②降低纤维的表面能和抑制油性污在织物表面的自发铺展；

③是提高纤维表面的亲水性；

防污易去污原理

　　由于这种嵌段共聚物在空气中和在水中疏油性链段和亲水性链段排列的方向不同引起的。

在空气中，聚氧乙烯链段呈卷曲状态，拒油性含氟链段在纺织品表面定向密集排列，形成具有低表面能的表面而具有拒油性能。

在水中，聚氧乙烯链产生水合作用而伸展，在织物表面定向排列，通过界面张力变化赋予纤维表面亲水性，使纤维具有易去污和防止湿再沾污性能。

在烘干过程中，亲水性链段脱水，含氟链段重新占有其主要界面。

这种变化情况如图12-11所示。

应用含有低表面能的含氟链段与亲水性的聚氧乙烯链段的混合型嵌段共聚物，可同时达到相对立的两种效应，这种亲水性含氟防污易去污整理剂的结构如下所示。

常用纺织纤维燃烧后所产生的6种有害气体的浓度如下：

2、物质燃烧的必要条件及相关的专业名词

1）燃烧的三个必要条件：

①可燃性物质

②空气

③热源

2）专业名词

热裂解温度：

物质在加热过程中开始分解或裂解所需的最低温度；

闪点：

当物质加热分解所产生足够数量的可燃性气体，与明火接触而刚好点燃时的温度称为闪点；

着火点：

如果达到闪点时可燃性气体能不断地产生，则火焰温度会升高而持续燃烧，使物质刚好能达到　着火的温度称为着火点。

一般高出闪点20－300C，

3、判断织物燃烧性的重要指标－需氧指数（OI）

　　OI－是指样品在氮、氧混合气的环境中保持烛状燃烧所需氧气的最小体积分数即

OI值越大，说明织物燃烧时所需氧气的体积分数越大，织物不易燃烧，阻燃效果就好。

作为阻燃织物，一般要求其OI值大于28，否则就不是阻燃产品。

二、阻燃机理

1、织物的燃烧过程

织物的燃烧主要由四个步骤循环进行并同时存在即

1）热量传递给织物；

2）纤维的热裂解；

3）裂解产物的扩散与对流；

4）空气中的氧和裂解产物的动力学反应；

2、阻燃机理

1）覆盖论

　某些阻燃剂在温度较高的情况下（＞5000C），能在纤维表面形成覆盖层，而具有隔绝作用，除了阻碍氧气的供应外，还有阻止可燃性气体向外扩散的作用，从而达到阻燃的目的。

如硼砂－硼酸。

2）气体论

　　阻燃剂在燃烧的温度下，分解出不燃性气体如CO2、HCｌ、H2O等，将可燃性气体的浓度冲淡到能产生火焰的浓度以下。

3）热论

观点一：

阻燃剂在高温下发生吸热变化如熔融和升华，从而有阻止燃烧蔓延的作用；

观点二：

能使纤维迅速散热，使织物达不到燃烧温度；

4）催化脱水论

阻燃剂的存在，改变了纤维的热裂解机理　，使纤维在裂解温度前而大量脱水或发生交联作用，使可燃性气体和挥发性液体的量大大减少，而使固体碳量大大增加，这样有焰就会得到抑制。

三、常用阻燃剂及其整理方法

在所有化学物质中，具有阻燃效果的元素主要限于元素周期表中的下列少数元素：

Ⅲ（A）：

硼（B）和铝（Aｌ）

Ⅴ（A）：

氮（N）、磷（P）和锑（Sｂ）

Ⅶ（A）：

卤素

Ⅳ（B）：

钛（Tｉ）和锆（Zｒ）

1、硼以及铝的化合物

1）硼砂－硼酸

硼砂∶硼酸＝1∶0.4－1.0，配成水溶液，即可作棉织物的阻燃剂，效果较好，但不耐久。

阻燃原理：

熔点较低，能形成玻璃状涂层覆盖在纤维表面。

2、钛以及锆的化合物

主要用于羊毛织物的阻燃整理，其阻燃机理是改变了羊毛的热裂解机理；

3、氮以及磷的化合物

磷是阻燃剂中最大的一类，具有阻燃作用的化合物如下：

1）磷酸铵、聚磷酸铵、磷酰胺、磷酸酯类；

2）膦酸酯类、膦盐

3）磷盐类　具有R4PX结构的含磷化合物