CN101498099B - 一种超拒水拒油面料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超拒水拒油面料的制备方法，选用超细纤维为原料，采用绉组织和在织物中加入高收缩丝的方法提高面料表面微米级的粗糙度；同时在纤维表面接枝上低表面能物质，并采用纳米粒子整理剂对面料进行处理，使得面料表面形成纳米级的粗糙结构，制得同时具有仿荷叶微米结构的乳突和纳米结构的超拒水拒油面料，进一步提高了面料的拒水拒油性能，使面料不沾水、不沾油，具有自清洁功能。本发明方法制得的面料具有良好的透湿性、透气性、悬垂性和耐折皱性，除广泛用于制作运动服装外，还可用于制作西服、工作服、雨衣、滑雪服、军服等服装。

Description

一种超拒水拒油面料的制备方法

技术领域

本发明属于功能性服装面料加工技术领域，涉及一种纺织面料的制备方法，具体涉及一种超拒水拒油面料的制备方法。

背景技术

20世纪90年代，德国波恩大学植物学家Barthlott和Neinhuis通过观察荷叶表面的微观结构，认为荷叶表面具有的自清洁特性是由粗糙表面微米结构的乳突以及表面蜡状物的存在共同引起的。近期，中国科学院江雷及其实验小组公开了研究结果，认为在荷叶表面微米结构的乳突上还存在纳米结构，这种由微米结构与纳米结构相结合的阶层结构是荷叶具有超拒水表面的根本原因。而且，该超拒水表面上具有较大的接触角及较小的滚动角。

将荷叶效应移植到纺织行业中仿制具有超强拒水拒油功能的织物，主要是通过各种技术在织物表面仿制出与荷叶表面相似的粗糙结构。如日本帝人纤维公司以天然荷叶表面结构为模型，通过对长丝形状、织物组织结构、拒水整理技术的研究，开发的拒水织物-Microft Lotus，该织物为具有荷叶表面微米乳突结构的聚酯高密织物，其特点是拒水、透气性能较好。另外，Teare等人采用等离子刻蚀的方法，分别在棉和玻璃纤维表面刻蚀出类似荷叶表面微米结构的乳突，然后对这些纤维进行有机氟的拒水整理，由此获得具有良好拒水效果的表面。上述两种方法虽然能够获得较好效果的疏水表面，但是他们只是对荷叶表面微米粗糙结构这种单微观结构的模拟；同时，这些单结构模拟获得的仿荷叶织物的拒水性能和自清洁性能都有待进一步提高，更重要的是这些织物难以赋予织物更多的功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种超拒水拒油面料的制备方法，采用该方法可制得由微米结构和纳米结构构成表面粗糙结构的面料，进一步提高了面料的拒水拒油性和自清洁性。

本发明所采用的技术方案是，一种超拒水拒油面料的制备方法，选用超细纤维，采用绉组织和高收缩丝，制得面料，并在纤维表面接枝上低表面能物质，然后，采用纳米级固体颗粒对该面料进行处理，制得同时具有仿荷叶微米结构的乳突和纳米结构的超拒水拒油面料，该方法按以下步骤进行：

步骤1：选择纤维，使该纤维的纤维直径为5μm～9μm；

步骤2：分别取步骤1选择的纤维和涤纶高收缩丝，采用绉组织纺织制成面料，使该面料中纤维的屈曲波高为1μm～20μm；

步骤3：将步骤2制得的面料进行开纤处理；

步骤4：分别取有机氟和水，混合配制成pH值为5～6的有机氟整理剂，控制该整理剂中有机氟的浓度为10g/L～20g/L；

步骤5：将步骤3开纤处理后的面料，按浴比1∶20～25，放入步骤4制得的有机氟整理剂中，采用二浸二轧方式进行处理，然后，将该处理后的面料置于压力为1.96×10⁵Pa～2.2×10⁵Pa、温度为80℃～90℃的环境中预烘1min～5min，之后，再将该面料放入温度为120℃～220℃的环境中焙烘1min～5min，得到预处理后的面料；

步骤6：按质量比1∶1～1.5∶0.5～1，分别取市售的纳米TiO₂粉末、月桂酸钠和聚丙烯酸铵，将月桂酸钠和聚丙烯酸铵混合均匀，制得复合分散剂，然后，将纳米TiO₂粉末加入该复合分散剂中，并超声处理12min～16min，制得分散液；

步骤7：按质量比1∶4～8∶50～55，分别取交联剂、步骤6制得的分散液和去离子水，混合均匀，制得纳米粒子整理液；

步骤8：按浴比1∶20～25，将步骤5预处理后的面料放入步骤7制得的纳米粒子整理液中，采用二浸二轧方式进行处理，然后，将处理后的面料在温度为70℃～90℃的环境中预烘25min～30min，之后，再将预烘后的面料置于温度为160℃～180℃的环境中焙烘1min～3min，制得超拒水拒油面料。

本发明制备方法采用超细纤维为原料，选用绉组织，并在绉组织中加入高收缩丝，以提高表面粗糙度，同时在纤维表面接枝低表面能物质，之后再经过纳米后整理，制得由微米结构和纳米结构的阶层结构构成表面粗糙的面料，具有较高的拒水拒油性和自清洁性。

附图说明

图1是现有方法采用的面料组织图；

图2是现有方法采用的另一种面料组织图；

图3是本发明方法采用的面料组织图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明方法以超细纤维为原料，采用绉组织和涤纶高收缩丝提高面料表面粗糙度，在纤维表面接枝上低表面能物质，并用纳米级固体颗粒进行处理，制得同时具有仿荷叶微米结构的乳突和纳米结构的超拒水拒油面料。该方法按以下步骤进行：

步骤1：选择纤维，使得依据该纤维的单根纤维线密度和纤维比重，并通过下式计算得到的所选择纤维的直径符合荷叶表面微米结构乳突的平均直径5～9μm：

$d=11.284\sqrt{\frac{N_{\mathrm{dtex}}}{\mathrm{\γ}}}\left(\mathrm{\μm}\right)---\left(1\right)$

式中：d——纤维直径(μm)，

N_dtex——单根纤维线密度(dtex)，

γ——纤维比重(g·cm^-3)。

因为，荷叶表面微米结构乳突的平均直径为5～9μm，假设选用的涤/锦复合超细纤维的单根纤维直径为5～9μm，其纤维比重γ＝1.27g/cm³，则由式(1)可得该涤/锦复合超细纤维的线密度为：

当d＝5μm时， $N_{\mathrm{dtex}}={\left(\frac{5}{11.284}\right)}^2\×1.27=0.25\mathrm{dtex},$

当d＝9μm时， $N_{\mathrm{dtex}}={\left(\frac{9}{11.284}\right)}^2\×1.27=0.81\mathrm{dtex}.$

即当单根涤/锦复合超细纤维的线密度为0.25～0.81dtex时，其相应的直径为5～9μm。

选用线密度为180dtex/72f的涤/锦复合超细纤维(其截面为“*”形)仿乳突直径。则单根涤/锦复合超细纤维的线密度为 $\frac{180\mathrm{dtex}/72f}{6}=0.42\mathrm{dtex},$ 其对应的直径为6.49μm，该线密度处于0.25～0.81dtex(对应直径为5～9μm)的范围内，符合仿制荷叶微米结构乳突的直径尺寸。

若采用线密度为160dtex/48f的涤纶超细海岛型纤维，其单根纤维线密度为0.09dtex，对应的直径为2.87μm，显然不属于线密度0.27～0.89dtex(对应直径为5～9μm)的范围，其直径比荷叶表面的乳突平均直径小，用该纤维制成的面料的拒水拒油效果不如180dtex/72f的涤/锦复合超细纤维制成的面料显著。

选用的涤/锦复合超细纤维，既具有锦纶的耐磨、高强、易染、吸湿的优点，又有涤沦弹性好、保形性好、挺括、免烫的优点，从而可进一步改善面料的服用舒适性。

步骤2：分别取步骤1选择的纤维和涤纶高收缩丝，采用绉组织，纺织制成面料，使该面料中纤维的屈曲波高为1～20μm；

荷叶表面微米结构的乳突具有一定的高度，该高度约为1～20μm。纤维在织物中呈屈曲状态，屈曲波高可以仿乳突的高度，提高织物表面粗糙度。不同组织的屈曲波高不同，在一个组织循环内，经、纬纱的浮长长短不一，并且沿不同方向交错配置，不出现纵、横或斜向纹路，使织物表面具有分布均匀呈细小颗粒状凹凸的外观效应的绉组织，其屈曲波高更接近荷叶表面的乳突。

现有方法制备面料的组织图，如图1、图2所示。从图中可看出，该两图的差异不大，其组织循环小，经、纬纱的浮长长短且沿不同方向交错配置的变化小，使织物表面绉效应不太明显，屈曲波高难以满足要求，织物表面粗糙度不是很大。

图3是本发明方法采用的绉组织的组织图。图中显示，织物组织的循环增大，不同运动规律的经纱根数增多，经、纬浮长不等且随机分布的规律更复杂，使得面料表面所产生的颗粒状凹凸不平的绉效应更明显，屈曲波高增大，面料的表面粗糙度增大。根据R.N.Wenzel的粗糙度理论，粗糙度越大的表面其拒水拒油性能越强，面料的性能测试结果也证明了这一点，拒水拒油性能比原来有明显提高。

步骤3：将步骤2制得的面料进行开纤处理；

面料中加入涤纶高收缩丝，经开纤处理后，纬向的涤纶高收缩丝收缩，能使织物的经密增大，经向屈曲波高增加，可增加面料的表面粗糙度。

步骤4：分别取有机氟和水，混合配制成pH值为5～6的有机氟整理剂，控制该整理剂中有机氟的浓度为10～20g/L；

步骤5：将步骤3开纤处理后的面料，按浴比1∶20～25，放入步骤4制得的有机氟整理剂中，采用二浸二轧方式进行处理，然后，将该处理后的面料置于压力为1.96×10⁵～2.2×10⁵Pa、温度为80～90℃的环境中预烘1～5min，之后，再将该面料在温度为120～220℃的环境中焙烘1～5min，得到预处理后的面料；

步骤6：按质量比1∶1～1.5∶0.5～1，分别取市售的纳米TiO₂粉末、月桂酸钠和聚丙烯酸铵，将月桂酸钠和聚丙烯酸铵混合均匀，制得复合分散剂，然后，将纳米TiO₂粉末加入该复合分散剂中，并超声处理12～16min，制得分散液；

本发明方法，通过改变纳米TiO₂、月桂酸钠和聚丙烯酸铵的配比及超声时间，使得分散液中纳米TiO₂的分散效果更好。表1和表2分别为现有技术和本发明方法配制的分散液中纳米TiO₂的体积粒径分布参数。表1和表2中，时间为超声时间，纳米TiO₂的浓度为1％，月桂酸钠的浓度为1％。

表1现有技术配制的分散液中纳米TiO₂的体积粒径分布参数(μm)

表2本发明方法配制的分散液中纳米TiO₂的体积粒径分布参数(μm)

因为纳米TiO₂粒子在使用时极易团聚，且一旦发生团聚，就完全失去了纳米粒子的特性。因此，抑制纳米粒子的团聚，获得均匀且稳定的分散效果非常关键。优选分散剂种类和分散工艺，目的就是要获得更多的100nm以下的粒子数。而100nm以下的粒子数增多，意味着面料的纳米结构更符合荷叶表面的纳米结构，拒水拒油性就更接近荷叶表面的超拒水拒油性，从而可提高面料的拒水拒油性。从表1和表2可看出，采用本发明方法配制的分散液中粒径在100nm以下的粒子数提高到10％，粒径在150nm以下的粒子数提高到50％。

步骤7：按质量比1∶4～8∶50～55，分别取交联剂、步骤6制得的分散液和去离子水，混合均匀，制得纳米粒子整理液；

步骤8：按浴比1∶20～25，将步骤5预处理后的面料放入步骤7制得的纳米粒子整理液中，采用二浸二轧方式进行处理，然后，将处理后的面料在温度为70～90℃的环境中预烘25～30min，之后，再将预烘后的面料置于温度为160～180℃的环境中焙烘1～3min，制得超拒水拒油面料。

实施例1

选用线密度为180dtex/72f的涤/锦复合超细纤维和涤纶高收缩丝，采用绉组织，利用现有纺织技术制成面料，并将该面料进行开纤处理；分别取有机氟和水，混合配制成pH值为5～6的有机氟整理剂，控制该整理剂中有机氟的浓度为10g/L；将开纤处理后的面料，按浴比1∶20，放入该有机氟整理剂中，采用二浸二轧方式进行处理，然后，将处理后的面料置于压力为1.96×10⁵Pa、温度为80℃的环境中预烘5min，之后，再将该面料在温度为120℃的环境中焙烘5min，得到预处理后的面料；按质量比1∶1∶0.5，分别取市售的纳米TiO₂粉末、月桂酸钠和聚丙烯酸铵，将月桂酸钠和聚丙烯酸铵混合均匀，制得复合分散剂，然后，将纳米TiO₂粉末加入该复合分散剂中，并超声处理12min，制得分散液；按质量比1∶4∶50，分别取交联剂、制得的分散液和去离子水，混合均匀，制得纳米粒子整理液；按浴比1∶20，将预处理后的面料放入制得的纳米粒子整理液中，采用二浸二轧方式进行处理，然后，将处理后的面料在温度为70℃的环境中预烘30min，之后，再将预烘后的面料置于温度为160℃的环境中焙烘3min，得到超拒水拒油面料。该超拒水拒油面料的性能测试结果，如表3所示。

表3面料性能测试结果

测试项目	测试结果
		拒水等级/级	5
拒油等级/级	7
		耐水压/kpa	5.8
接触角/°	156
		透湿量/(g·m-2·d-1)	3597.5
透气量/(×10-3m3·m-2·s-1)	78.2
		悬垂系数/％	68.3
折皱回复角/°	156.5
		光泽度	9.8

实施例2

选用线密度为170dtex/50f的涤/锦复合超细纤维和涤纶高收缩丝，采用绉组织，利用现有纺织技术制成面料，并将该面料进行开纤处理；分别取有机氟和水，混合配制成pH值为5～6的有机氟整理剂，控制该整理剂中有机氟的浓度为15g/L；将开纤处理后的面料，按浴比1∶22，放入该有机氟整理剂中，采用二浸二轧方式进行处理，然后，将处理后的面料置于压力为2.0×10⁵Pa、温度为90℃的环境中预烘1min，之后，再将该面料放入温度为220℃的环境中焙烘1min，得到预处理后的面料；按质量比1∶1.2∶0.8，分别取市售的纳米TiO₂粉末、月桂酸钠和聚丙烯酸铵，将月桂酸钠和聚丙烯酸铵混合均匀，制得复合分散剂，然后，将纳米TiO₂粉末加入该复合分散剂中，并超声处理14min，制得分散液；按质量比1∶6∶53，分别取交联剂、制得的分散液和去离子水，混合均匀，制得纳米粒子整理液；按浴比1∶22，将预处理后的面料放入制得的纳米粒子整理液中，采用二浸二轧方式进行处理，然后，将处理后的面料在温度为90℃的环境中预烘25min，之后，再将预烘后的面料置于温度为180℃的环境中焙烘1min，得到超拒水拒油面料。

实施例3

选用线密度为200dtex/20f的涤纶海岛型超细纤维和涤纶高收缩丝，采用绉组织，利用现有纺织技术制成面料，并将该面料进行开纤处理；分别取有机氟和水，混合配制成pH值为5～6的有机氟整理剂，控制该整理剂中有机氟的浓度为20g/L；将开纤处理后的面料，按浴比1∶25，放入制得的有机氟整理剂中，采用二浸二轧方式进行处理，然后，将处理后的面料置于压力为2.2×10⁵Pa、温度为85℃的环境中预烘3min，之后，再将该面料放入温度为170℃的环境中焙烘3min，得到预处理后的面料；按质量比1∶1.3∶1，分别取市售的纳米TiO₂粉末、月桂酸钠和聚丙烯酸铵，将月桂酸钠和聚丙烯酸铵混合均匀，制得复合分散剂，然后，将纳米TiO₂粉末加入该复合分散剂中，并超声处理16min，制得分散液；按质量比1∶8∶55，分别取交联剂、制得的分散液和去离子水，混合均匀，制得纳米粒子整理液；按浴比1∶25，将预处理后的面料放入制得的纳米粒子整理液中，采用二浸二轧方式进行处理，然后，将处理后的面料在温度为80℃的环境中预烘27min，之后，再将预烘后的面料置于温度为170℃的环境中焙烘2min，得到超拒水拒油面料。

采用本发明方法制得的超拒水拒油面料的拒水等级、拒油等级和接触角等指标都有大幅度提高，其透湿量、透气量、悬垂性和折皱性都有明显改善。

Claims (1)

1.一种超拒水拒油面料的制备方法，选用超细纤维，采用绉组织和高收缩丝，制得面料，并在纤维表面接枝上低表面能物质，然后，采用纳米级固体颗粒对该面料进行处理，制得同时具有仿荷叶微米结构的乳突和纳米结构的超拒水拒油面料，其特征在于，该方法按以下步骤进行：

步骤1：选择纤维，使该纤维的纤维直径为6.49μm；

步骤2：分别取步骤1选择的纤维和涤纶高收缩丝，采用绉组织纺织制成面料，使该面料中纤维的屈曲波高为1μm～20μm；

步骤3：将步骤2制得的面料进行开纤处理；

步骤4：分别取有机氟和水，混合配制成pH值为5～6的有机氟整理剂，控制该整理剂中有机氟的浓度为10g/L～20g/L；

步骤5：将步骤3开纤处理后的面料，按浴比1∶20～25，放入步骤4制得的有机氟整理剂中，采用二浸二轧方式进行处理，然后，将该处理后的面料置于压力为1.96×10⁵Pa～2.2×10⁵Pa、温度为80℃～90℃的环境中预烘1min～5min，之后，再将该面料放入温度为120℃～220℃的环境中焙烘1min～5min，得到预处理后的面料；

步骤6：按质量比1∶1～1.5∶0.5～1，分别取市售的纳米TiO₂粉末、月桂酸钠和聚丙烯酸铵，将月桂酸钠和聚丙烯酸铵混合均匀，制得复合分散剂，然后，将纳米TiO₂粉末加入该复合分散剂中，并超声处理12min～16min，制得分散液；

步骤7：按质量比1∶4～8∶50～55，分别取交联剂、步骤6制得的分散液和去离子水，混合均匀，制得纳米粒子整理液；

步骤8：按浴比1∶20～25，将步骤5预处理后的面料放入步骤7制得的纳米粒子整理液中，采用二浸二轧方式进行处理，然后，将处理后的面料在温度为70℃～90℃的环境中预烘25min～30min，之后，再将预烘后的面料置于温度为160℃～180℃的环境中焙烘1min～3min，制得超拒水拒油面料。

Images