紡織品三防易去污整理研究綜述
1 什麼是三防易去污整理
紡織品的三防處理就是在紡織品的表面用具有特殊分子結構的整理劑對其進行噴淋或浸軋處理,通過外界條件處理使其牢固附著在纖維表面或與纖維進行化學鍵結合,使織物的表面張力降低到比水或油的低,從而使織物不再被水和油一起其他類物質所潤濕,達到防水防油防污(三防)的目的。
儘管三防整理後的織物具有良好的防污效果,但紡織品在使用過程中會逐漸沾污,常規的三防整理劑整理後的織物一旦沾污,由於三防整理後的紡織品親水性較差,水以及洗滌劑難以進入纖維內部,故污物難以洗出。
易去污,是指織物一旦沾污後,污垢在正常的洗滌條件下容易洗凈,而且織物在洗滌液中不會吸附洗滌液中的污物而變灰,使紡織品具有易去污性能的整理稱為易去污整理。
含氟整理劑具有優異的防水防油防污性能而被廣泛應用於織物功能整理領域。
這是由於含氟烷烴鏈中存在的大量 C-F 鍵能降低了化合物表面自由能和臨界表面張力,所以表現出一種獨特的性質就是對很難被各種液體潤濕,經過整理後的織物不僅具有優異的防水、防油和防污性能。
但含氟整理劑在實際服用過程中,一旦織物被沾污後,由於洗液不能很好的潤濕織物,使污漬難以去除。向含氟聚合物中引入如含羧基、含羥基、含磺醯基、含聚氧乙烯醚鏈段的親水性單體。這樣的整理劑使經其整理後的織物在干態下含氟鏈段在纖維表面排列因而保持良好的防水防油和防污的功能,防止污垢滲入到織物內部;在水中由於引入親水性的作用可賦予織物良好的易去污性能,可同時達到相對立的兩種效果。
讓紡織品同時具有防水、防油、防污功能的同時使其具有沾污後容易洗除的功能,這就是三防易去污整理。
2 三防易去污整理基本原理
2.1 三防原理
水的極性很強,其表面張力為γ水=72.8dyn/cm。當物體的表面張力與γ水十分接近時,水便能很好地潤濕該物體。反過來說,一該物體的表面張力與γ水的差值越大,越難被水潤濕,也就是說拒水性越好。織物的潤濕性大多數是用液滴與固體的接觸角來說明的,接觸角的測量是衡量潤濕程度的方便方法。
當θ=0°時,織物表面被完全潤濕;
當θ
當θ>90°時,織物有拒水的作用;
液體對織物的潤濕情況與液體和織物的表面張力有關係,一般來說表面張力大的液體在表面張力小的織物表面是不容易潤濕的,一般來說雨水的表面張力是53mN/m,油類的表面張力是20-30mN/m,所以要使織物的表面拒水,表面張力必須小於53 mN/m,要使織物拒油,則表面張力必須小於20-30mN/m,一般的織物都是不具備拒水性和拒油性。
要使紡織品具有防水防油防污的功能織物的表面張力需要低於20-30mN/m,這樣水、油或者其他物質並不能滲入紡織品纖維內部,從而達到具有三防的效果。
2.2 易去污原理
易去污整理是通過改變纖維的表面狀態來提高纖維表面的抗污性,或使沉積纖維上的的污物疏鬆,從而在洗滌時使得污物易於被去除。油污、洗滌液與織物的在洗滌溶液中平衡狀態。
θ為織物 、油 、水三相交界處的接觸角;
γwf是水-織物相的界面張力;
γow是油-水相的界面張力;
γof是油-織物相的界面張力。
平衡時各界面張力的關係:γwf=γow+γofcosθ
油污脫離織物表面主要是按卷珠模型來解釋,我們設其界面合力為 R,要除去油污必須要滿足的一個條件為 R>0, 如式所示。 那麼當 R=0 時,卷珠作用將會停止而使得體系處於一種相對平衡狀態。
要使得油污能夠完全離開織物表面達到洗滌目的必須使從θ=0、cosθ=1 油污在織物上的鋪展狀態到θ=180、cosθ=-1 時使油-織物界面被水分離。當γof和γwf之差小γow的情況下油污的卷珠作用就會停止。
因此我們可以總結出易去污的條件就是γof應儘可能大,γwf、γow應儘可能小。洗滌劑的品種和濃度決定了γow的大小,它的值一般情況下比較小。要使油污比較容易去除,就必須保證紡織品有低的γwf和高的γof,即就是有一定的親水性能。
3.3 三防加易去污原理
人們為解決在空氣防水防油性與水中易去污性能兩者之間的矛盾,想出了一種方法將含有全氟烷基拒水部分和親水性部分這兩種性質截然不同的結構成分放在同一整理劑中,這樣會促使整理過的織物在空氣和水中表現出不同的界面特徵,來達到織物在空氣中防水防油防污而在水中又具有一定親水性的目的。含氟防水防油易去污整理劑在空氣和水中的表面變化如圖3 所示。
用全氟有機物整理後的織物表面由於吸附垂直排列、緊密堆砌成的全氟烴基單分子層,且CF3基向外排布,故在空氣中具有低表面能(大約為24~25mN/m),一般表面張力為30mN/m的油性污垢就不易沾污到織物上,因而具有良好的拒油性。然而,必須指出,只有乾燥的織物在空氣中才是這樣,條件改變後,這兩種織物的相對拒油性就會發生變化。例如未整理棉織物在空氣中的臨界表面張力高達72mN/m,既不拒水,更不拒污。然而在水中情況則與此相反,由於未經整理棉織物在水中的臨界界面張力在2.8mN/m以下,故油性污垢易除去,且沒有再沾污情況。實現紡織品在大氣中有良好的防污效果,而被沾污後,其凈洗又較容易的目的,於是開發了一些既具有拒油性鏈段,又具有親水性鏈段的兩性結構的混合型的含氟防污整理劑。
常用的有以全氟烴基為疏水性鏈段和聚氧乙烯醚鏈段為親水性鏈段的嵌段共聚物。此外,將含氟聚合物和聚醚衍生物拼用,也能明顯改進耐久定形滌/棉混紡織物的易去污性,若將含氟聚合物與聚丙烯酸拼用,則易去污性和耐久性優於與聚醚衍生物拼用。
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