無氟耐靜水壓持久防水面料的加工方法

技術(shù)領(lǐng)域

       本技術(shù)方案屬于紡織工業(yè)的技術(shù)領(lǐng)域，涉及全棉、滌棉面料的加工方法，具體涉及一種無氟耐靜水壓、持久防水面料的加工方法。

背景分析

       緊密織物（如帆布、帳篷布、防雨服裝、油布、涂層布等）的抗?jié)B水性能是防雨織物的一項極為重要的特性指標，以織物承受的靜水壓來表示透過織物所遇到的阻力，在國際貿(mào)易中廣泛使用ISO 811-1981或GB/T 4744-1997紡織物抗?jié)B水性測定——靜水壓試驗法，還有美國AATCC21-2001、德國DIN  53886等試驗方法。

       目前市場上耐靜水壓面料的生產(chǎn)方法以涂層法和有機氟整理居多，或者是采用涂層+有機氟的復合整理方法。上述生產(chǎn)方法都存在生產(chǎn)流程長、加工成本高的問題，而采用有機氟整理存在PFOA、PFOS對環(huán)境和人體安全的潛在危害。

       PF0A學稱全氟辛酸，也稱十五氟辛酸，作為疏水基碳鏈全氟化的含氟表面活性劑，是目前國內(nèi)外紡織品用“三防”整理劑中僅次于PFOS的重要原料。

       PFOS持久性強，且極難分解，即使在濃硫酸中煮1h也不會分解。目前，在任何環(huán)境條件下測試，其都未出現(xiàn)水解、光解或生物降解現(xiàn)象，唯一確定的是高溫可將其焚化，而低溫焚化能否潛在降解還不清楚。

       PFOS能夠拒水拒油，一旦被生物體攝取后，其一般優(yōu)先粘附在蛋白質(zhì)上，其中大部分與血液中的血漿蛋白結(jié)合，其余則累積于肝臟和肌肉組織中。它不僅會使人體呼吸系統(tǒng)出現(xiàn)問題，而且會導致新生嬰兒死亡。試驗證明，動物體內(nèi)PFOS含量達2mg/kg時，即可導致死亡。

       PFOS有遠距離環(huán)境遷移能力，其污染范圍十分廣泛。全世界范圍（包括北極地區(qū)）被調(diào)查的地下水、地表水和海水，以及野生動物和人體內(nèi)，無一例外都存在PFOS，但其遷移過程尚不清楚。

       我國水環(huán)境中廣泛存在PFOS污染，上海黃浦江水的PFOA為1594.83mg/L，PFOS為26.46mg/L，遠高于長江水；另外，我國人體血液中也存在不同程度的PFOS污染，其中遼寧部分地區(qū)人體血液中的PFOS污染較為嚴重，其他城市和國外報道的檢出值相當。

技術(shù)內(nèi)容

       本技術(shù)方案為解決現(xiàn)有技術(shù)中耐靜水壓面料生產(chǎn)方法上的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一套流程短、能耗低、無PFOA、PFOS潛在危害的，又能滿足染整加工要求的、切實可行的耐靜水壓、持久防水的生產(chǎn)方法。

技術(shù)方案

       本技術(shù)方案采用純棉坯布，經(jīng)過坯檢、翻縫、燒毛、冷堆-短蒸水洗、染色、平幅清洗、拉幅處理、無氟防水整理、預縮處理后，即得到無氟耐靜水壓持久防水純棉帆布，所述的無氟防水整理的操作如下：

       首先制備無氟防水整理液，該無氟防水整理液由下述成分混配而成：無氟防水劑RSH-NF180～240g/L，增效劑18～24g/L，醋酸0.3～1.0g/L；接著，將坯布用上述無氟防水整理液進行浸、軋?zhí)幚?，軋余?/span>60～70%；而后，在110～130℃下進行焙烘。

       所述的無氟防水劑是陽離子的超支化樹狀大分子化合物和聚合物，不含APEO、PFOA和PFOS。本發(fā)明所用的無氟防水劑是具有完美樹枝形結(jié)構(gòu)的大分子聚合物，該樹枝形聚合物由中心核、與中心核連接的由重復支化單元所組成的內(nèi)腔、以及與最外層一代重復支化單元連接的外層基團，該樹枝聚合物的特點是相對分子質(zhì)量可控、分子結(jié)構(gòu)精準、分子粒徑是典型的納米尺寸、外層分布大量的拒水性基團。本方法是將樹枝形聚合物的無氟防水劑應(yīng)用于紡織品領(lǐng)域，再結(jié)合本技術(shù)方案實現(xiàn)了面料較高的靜水壓和持久的防水效果，在國內(nèi)尚屬首例。

        所述的平幅清洗操作如下：將經(jīng)過染色處理的坯布置于平幅退漿機上進行清洗，平幅退漿機上共13個水洗槽，坯布順次經(jīng)過13個水洗槽進行清洗，清洗時均加入清洗劑KST10～30g/L，控制車速30～70m/min、軋余率30～70%、清洗溫度70～90℃，并控制最后兩個水洗槽的溫度為20～25℃，并在進行最后兩個水洗槽清洗時加入AC酸1～3g/L，清洗之后的布面PH值達5.5～6.8、毛效≥200px/min。

       所述的拉幅處理為，將平幅清洗后坯布置于熱風拉幅定型機中進行拉幅處理，控制車速35～50m/min，然后于110～130℃下烘干。

       在冷堆-短蒸水洗操作之后、染色處理之前，對坯布進行絲光處理，將冷堆-短蒸水洗后的坯布置于絲光機中，控制車速40～65m/min，燒堿濃度240～280g/L，浸堿時間30～50s，回收堿度45～50g/L，此外，絲光機中設(shè)置有平洗槽，平洗槽溫度85℃。

       在燒堿中加入0.2～1g/L的螯合分散劑。預縮處理時，控制預縮整理機車速30～70m/min，機縮值3～5%。

有益效果

       本技術(shù)方案選定的服裝面料具有透氣性好、強力大、密度高的特點，而較高的組織密度是該類面料取得較高耐靜水壓的基礎(chǔ)；在烘干過程中的溫度和配方中添加的增效劑雙重作用下，樹枝形聚合物的無氟防水劑會在纖維表面形成具有較高厚度和連續(xù)性的納米級防水薄膜，這種納米級防水薄膜就使得加工的面料具有較高的耐靜水壓效果和持久的防水效果。

       本技術(shù)方案中增效劑的作用是：一是促進樹枝形聚合物的無氟防水劑的交聯(lián)的深度，這種交聯(lián)的深度將決定耐靜水壓和防水效果的好壞；二是將無氟防水劑交聯(lián)所需的溫度進一步降低，該交聯(lián)劑本身就是一種催化劑，能夠降低交聯(lián)溫度，并且在交聯(lián)溫度出現(xiàn)波動時交聯(lián)的效果不會受到影響；三是縮短無氟防水劑交聯(lián)所需要的時間，根據(jù)性能與效益的統(tǒng)一性考慮，在實際生產(chǎn)中，我們不僅要保證加工效果，還要考慮生產(chǎn)效率達到最大，加入交聯(lián)劑也是縮短交聯(lián)時間、提升生產(chǎn)效率的有效途徑。

技術(shù)優(yōu)點

       1．選用的非氟系防水劑，不含APEO、PFOA和PFOS，對生態(tài)環(huán)境和人體健康不會產(chǎn)生危害。

       2．所加工的面料不僅具有較高的耐靜水壓功能，而且還有持久的防水性能，能夠達到特種工裝和篷布類防護產(chǎn)品的要求。

       3．生產(chǎn)過程中免去焙烘工序，縮短了加工流程，降低了印染能耗。

       4．經(jīng)過本技術(shù)方案處理得到的純棉帆布，按照GB/T4744-1997《紡織物抗?jié)B水性測定-靜水壓試驗法》測試，該純棉帆布的耐靜水壓為400mm/H₂O；按照AATCC22-2001《噴淋試驗法》和AATCC135《織物家庭洗滌尺寸變化》測試，該純棉帆布的初始防水為100分，20次水洗的防水為80分以上。

       5．省去了焙烘工序，本發(fā)明選用的樹枝形聚合物的無氟防水劑，在較低的溫度就能自身發(fā)生交聯(lián)，以及與纖維中的反應(yīng)性基團發(fā)生反應(yīng)，進而在纖維表面形成具有較高厚度和連續(xù)性的納米級防水薄膜，從而省去了焙烘工藝。

      具體實施方式：下面結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明做進一步的說明。

       織物規(guī)格：

       ①21/2×21/2  72×45  57/58  純棉帆布

       ②21/2×10  72×45  57/58  純棉帆布

       主要設(shè)備：

       MH012-20型氣體燒毛機、MH552C-180平幅水洗機、LM172-9-180直輥絲光機、ZLQER991-180型連續(xù)軋染機、MONFORTS-328拉幅機、LMA-451B 預縮機。

       工藝流程：

       坯檢→翻縫→燒毛→冷堆-短蒸水洗→絲光→染色→平幅清洗→拉幅→無氟防水整理→預縮→ 成品面料。

       實施例1：制備21/2×21/2  72×45  57/58  高效防水純棉帆布

     （1）先將坯布進行坯檢、翻縫、燒毛處理。

     （2）冷堆-短蒸水洗

       冷堆配方為：精煉劑FORYL MAG 10g/L、27.5%工業(yè)級雙氧水20g/L、100%工業(yè)級燒堿30g/L，堆置溫度為35℃，堆置時間為4小時；

       短蒸水洗工藝為：車速35m/min、軋余率70%、汽蒸溫度90℃、水洗槽溫度80℃，其軋槽用料配方為精煉劑FORYL MAG 3g/L、100%工業(yè)級燒堿20g/L。

       （3）絲光處理：將冷堆-短蒸水洗后的坯布置于設(shè)置有平洗槽的絲光機中，控制車速45m/min，燒堿濃度250g/L，0.5g/L的螯合分散劑，浸堿時間35s，回收堿度47g/L，平洗槽溫度85℃、溢水倒流。

       （4）染色處理：將絲光處理后的坯布用染料進行染色處理。

       （5）平幅清洗：將經(jīng)過染色處理的坯布置于平幅退漿機上進行清洗，平幅退漿機上共13個水洗槽，坯布順次經(jīng)過13個水洗槽進行清洗，清洗時均加入清洗劑KST 20g/L，控制車速40m/min、軋余率50%、清洗溫度80℃，并控制最后兩個水洗槽的溫度為23℃，并在進行最后兩個水洗槽清洗時加入AC酸2g/L，清洗之后的布面PH值達6，毛效≥200px/min。

       （6）拉幅處理：將平幅清洗后坯布置于熱風拉幅定型機中進行拉幅處理，控制車速40m/min，然后于120℃下烘干。

       （7）無氟防水整理：首先制備無氟防水整理液，該無氟防水整理液由下述成分混配而成：無氟防水劑RSH-NF 200g/L，增效劑20g/L，醋酸0.6g/L；接著，將坯布用上述無氟防水整理液進行浸、軋?zhí)幚?，軋余?/span>65%；而后，在120℃下進行焙烘。

       （8）預縮處理：將整理后的坯布置于預縮機中，控制預縮機車速40m/min，機縮值4%，得到無氟耐靜水壓持久防水純棉帆布。

        將上述得到的純棉帆布，按照GB/T4744-1997《紡織物抗?jié)B水性測定-靜水壓試驗法》測試，該純棉帆布的耐靜水壓為400mm/H₂O；按照AATCC22-2001《噴淋試驗法》和AATCC135《織物家庭洗滌尺寸變化》測試，該純棉帆布的初始防水為100分，20次水洗的防水為85分。

        實施例2：制備21/2×10  72×45  57/58  耐久防水純棉帆布

       （1）先將坯布進行坯檢、翻縫、燒毛處理。

       （2）冷堆-短蒸水洗

        冷堆配方為：精煉劑FORYL MAG 20g/L、27.5%工業(yè)級雙氧水30g/L、100%工業(yè)級燒堿50g/L，堆置溫度為45℃，堆置時間為10小時；

        短蒸水洗工藝為：車速60m/min、軋余率90%、汽蒸溫度101℃、水洗槽溫度90℃，其軋槽用料配方為精煉劑FORYL MAG 5g/L、100%工業(yè)級燒堿35g/L。

      （3）絲光處理：將冷堆-短蒸水洗后的坯布置于設(shè)置有平洗槽的絲光機中，控制車速60m/min，燒堿濃度260g/L，0.5g/L的螯合分散劑，浸堿時間45s，回收堿度48g/L，平洗槽溫度85℃、溢水倒流。

       （4）染色處理：將絲光處理后的坯布用染料進行染色處理。

       （5）平幅清洗：將經(jīng)過染色處理的坯布置于平幅退漿機上進行清洗，平幅退漿機上共13個水洗槽，坯布順次經(jīng)過13個水洗槽進行清洗，清洗時均加入清洗劑KST 25g/L，控制車速50m/min、軋余率60%、清洗溫度85℃，并控制最后兩個水洗槽的溫度為25℃，并在進行最后兩個水洗槽清洗時加入AC酸2.5g/L，清洗之后的布面PH值達5.8，毛效≥200px/min。

       （6）拉幅處理：將平幅清洗后坯布置于熱風拉幅定型機中進行拉幅處理，控制車速45m/min，然后于125℃下烘干。

       （7）無氟防水整理：首先制備無氟防水整理液，該無氟防水整理液由下述成分混配而成：無氟防水劑RSH-NF 100g/L，增效劑10g/L，醋酸0.8g/L；接著，將坯布用上述無氟防水整理液進行浸、軋?zhí)幚?，軋余?/span>68%；而后，在125℃下進行焙烘。

       （8）預縮處理：將整理后的坯布置于預縮機中，控制預縮機車速50m/min，機縮值3%，得到無氟耐靜水壓持久防水純棉帆布。

       將上述得到的純棉帆布，按照AATCC22-2001《噴淋試驗法》和AATCC135《織物家庭洗滌尺寸變化》測試，該純棉帆布的初始防水為100分，20次水洗的防水為80分。

       實施例3：制備20×16  128×60  57/58  普通防水純棉紗卡

       （1）先將坯布進行坯檢、翻縫、燒毛處理。

       （2）冷堆-短蒸水洗

       冷堆配方為：精煉劑FORYL MAG 15g/L、27.5%工業(yè)級雙氧水25g/L、100%工業(yè)級燒堿35g/L，堆置溫度為38℃，堆置時間為6小時；

       短蒸水洗工藝為：車速45m/min、軋余率88%、汽蒸溫度100℃、水洗槽溫度86℃，其軋槽用料配方為精煉劑FORYL MAG 5g/L、100%工業(yè)級燒堿28g/L。

       （3）絲光處理：將冷堆-短蒸水洗后的坯布置于設(shè)置有平洗槽的絲光機中，控制車速55m/min，燒堿濃度260g/L，0.7g/L的螯合分散劑，浸堿時間42s，回收堿度49g/L，平洗槽溫度：85℃、溢水倒流。

       （4）染色處理：將絲光處理后的坯布用染料進行染色處理。

       （5）平幅清洗：將經(jīng)過染色處理的坯布置于平幅退漿機上進行清洗，平幅退漿機上共13個水洗槽，坯布順次經(jīng)過13個水洗槽進行清洗，清洗時均加入清洗劑KST 17g/L，控制車速60m/min、軋余率60%、清洗溫度83℃，并控制最后兩個水洗槽的溫度為24℃，并在進行最后兩個水洗槽清洗時加入AC酸1.8g/L，清洗之后的布面PH值達6.2，毛效≥200px/min。

       （6）拉幅處理：將平幅清洗后坯布置于熱風拉幅定型機中進行拉幅處理，控制車速43m/min，然后于126℃下烘干。

       （7）無氟防水整理：首先制備無氟防水整理液，該無氟防水整理液由下述成分混配而成：無氟防水劑RSH-NF 60g/L，醋酸0.4g/L；接著，將坯布用上述無氟防水整理液進行浸、軋?zhí)幚?，軋余?/span>67%；而后，在123℃下進行焙烘。

       （8）預縮處理：將整理后的坯布置于預縮機中，控制預縮機車速60m/min，機縮值5%，得到無氟耐靜水壓持久防水純棉帆布。

        將上述得到的純棉帆布，按照GB/T4744-1997《紡織物抗?jié)B水性測定-靜水壓試驗法》測試，該純棉帆布的耐靜水壓為400mm/H₂O；按照AATCC22-2001《噴淋試驗法》和AATCC135《織物家庭洗滌尺寸變化》測試，該純棉帆布的初始防水為100分，5次水洗的防水為80分。

        實施例4：制備40×12  184×80  57/58  普通防水純棉紗卡

       （1）先將坯布進行坯檢、翻縫、燒毛處理。

       （2）冷堆-短蒸水洗

       冷堆配方為：精煉劑FORYL MAG  13g/L、27.5%工業(yè)級雙氧水23g/L、100%工業(yè)級燒堿38g/L，堆置溫度為41℃，堆置時間為8小時；

       短蒸水洗工藝為：車速52m/min、軋余率73%、汽蒸溫度98℃、水洗槽溫度82℃，其軋槽用料配方為精煉劑FORYL MAG 3.6g/L、100%工業(yè)級燒堿29g/L。

      （3）絲光處理：將冷堆-短蒸水洗后的坯布置于設(shè)置有平洗槽的絲光機中，控制車速56m/min，燒堿濃度263g/L，0.7g/L的螯合分散劑，浸堿時間47s，回收堿度46g/L，平洗槽溫度：85℃、溢水倒流。

     （4）染色處理：將絲光處理后的坯布用染料進行染色處理。

     （5）平幅清洗：將經(jīng)過染色處理的坯布置于平幅退漿機上進行清洗，平幅退漿機上共13個水洗槽，坯布順次經(jīng)過13個水洗槽進行清洗，清洗時均加入清洗劑KST 27g/L，控制車速65m/min、軋余率61%、清洗溫度81℃，并控制最后兩個水洗槽的溫度為24℃，并在進行最后兩個水洗槽清洗時加入AC酸2.8g/L，清洗之后的布面PH值達5.8，毛效≥200px/min。

      （6）拉幅處理：將平幅清洗后坯布置于熱風拉幅定型機中進行拉幅處理，控制車速43m/min，然后于123℃下烘干。

      （7）無氟防水整理：首先制備無氟防水整理液，該無氟防水整理液由下述成分混配而成：非離子滲透劑4g/L、無氟防水劑RSH-NF 60g/L，醋酸0.8g/L；接著，將坯布用上述無氟防水整理液進行浸、軋?zhí)幚?，軋余?/span>63%；而后，在127℃下進行焙烘。

      （8）預縮處理：將整理后的坯布置于預縮機中，控制預縮機車速62m/min，機縮值4.5%，得到無氟耐靜水壓持久防水純棉帆布。

       將上述得到的純棉帆布，按照AATCC22-2001《噴淋試驗法》和AATCC135《織物家庭洗滌尺寸變化》測試，該純棉帆布的初始防水為90分，5次水洗的防水為75分。

       本技術(shù)方案與現(xiàn)有有機氟防水技術(shù)相比較，關(guān)鍵的區(qū)別在于：

       目前，紡織品大多采用涂層法和涂層與有機氟防水劑復合整理法來提高耐靜水壓效果。采用涂層法做耐靜水壓整理，會嚴重降低紡織品的透氣性，在服用過程中會出現(xiàn)悶熱不適感；采用涂層與有機氟防水劑復合整理法，經(jīng)常出現(xiàn)涂層劑與面料的貼合度降低的問題，并且該方法的加工流程較長，進而增加了一定的生產(chǎn)成本。

       本技術(shù)方案采用的不是涂層與有機氟防水劑復合整理法，而是通過選擇特定組織規(guī)格的純棉坯布，再輔以樹枝形聚合物的無氟防水劑來實現(xiàn)紡織面料較高的耐靜水壓和持久的防水效果。

       本技術(shù)方案選定的純棉帆布具有透氣性好、強力大、密度高的特點，而較高的組織密度是該類面料取得較高耐靜水壓的基礎(chǔ)；在烘干過程中的溫度和配方中添加的增效劑雙重作用下，樹枝形聚合物的無氟防水劑會在纖維表面形成具有較高厚度和連續(xù)性的納米級防水薄膜，這種納米級防水薄膜就使得加工的面料具有較高的耐靜水壓效果和持久的防水效果。

       本技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，進步性體現(xiàn)在省去了預縮之后的焙烘工序，整個加工方法中決定我們不用再進行焙烘的因素是：本技術(shù)方案選用的樹枝形聚合物的無氟防水劑，在較低的溫度就能自身發(fā)生交聯(lián)以及與纖維中的反應(yīng)性基團發(fā)生反應(yīng)，進而在纖維表面形成具有較高厚度和連續(xù)性的納米級防水薄膜，結(jié)合增效劑的使用，實現(xiàn)了省略焙烘工序。

      傳統(tǒng)的有機氟防水整理屬于高溫固化型防水劑，高溫（T＞150℃）焙烘的原因有：

     （1）在高溫作用下，該類防水劑的分子熱運動不受影響，在織物表面充分擴散，擴散的均勻性將決定在纖維表面形成的防水薄膜的連續(xù)性，防水薄膜的連續(xù)性最終決定紡織面料防水的效果及其耐久性；

     （2）在高溫作用下，該類防水劑上的防水基團才能與纖維上的反應(yīng)性基團充分交聯(lián)；

     （3）在高溫作用下，該類防水劑的防水基團才能在纖維表面實現(xiàn)密集、定向排列，這是保證防水效果的關(guān)鍵因素。

      另外，傳統(tǒng)的有機氟防水整理的面料在使用過程中，經(jīng)洗凈曬干后，須經(jīng)一定條件的熱處理（T＞150℃），才能恢復其防護性能，熱處理條件中以能恢復防護功能的最低溫度，為“恢復溫度”。這是該類面料使用中普遍存在的現(xiàn)象，造成該現(xiàn)象的原因是：由于在濕洗過程中，洗滌液和摩擦的機械作用，使織物上共聚物表面分子原來密集、定向排列的氟烷基被搞亂了，破壞了其形成最低表面能的狀態(tài)，以致其防護功能受到了影響。經(jīng)適當?shù)臒崽幚?，由于分子鏈的熱運動，使混亂的氟烷基功能基團重新建立，其最低表面能分布狀態(tài)，以致恢復到應(yīng)用的防護功能水平。

      對比案例3與案例4的測試結(jié)果可知：在同等用量、同等軋余率之下，稀薄的織物比密度高的織物得到的防水效果更好。實踐證明：高支高密織物做防水整理之時，添加少許非離子滲透劑，不僅不會對防水效果產(chǎn)生負面影響，而且還確確實實地提高了防水效果，這一點加以注意。

結(jié)語

       一種無氟耐靜水壓持久防水純棉帆布的加工方法，本方法采用純棉坯布，經(jīng)過坯檢、翻縫、燒毛、冷堆-短蒸水洗、染色、平幅清洗、拉幅處理、無氟防水整理、預縮處理后，即得到無氟耐靜水壓持久防水純棉帆布，所述的無氟防水整理的操作如下：首先制備無氟防水整理液，該無氟防水整理液由下述成分混配而成：無氟防水劑RSH-NF180～240g/L，增效劑18～24g/L，醋酸0.3～1.0g/L；接著，將坯布用上述無氟防水整理液進行浸、軋?zhí)幚?，軋余?/span>60～70%；然后，在110～130℃下進行焙烘。本發(fā)明加工得到的面料具有較高的耐靜水壓效果和持久的防水效果。