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　　摘要：

　　本文運(yùn)用炭黑的沾污性能，自建測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)體系，應(yīng)用于超疏水紡織品的自清潔性能的測(cè)定。通過(guò)測(cè)試10種試樣的沾水、拒油、抗污性能，以及利用自建測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)體系測(cè)試其自清潔等級(jí)，發(fā)現(xiàn)超疏水織物的自清潔性能與其拒水、拒油、抗污性能具有直接的關(guān)系，同時(shí)證明自建測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)體系可以很恰當(dāng)?shù)?、直觀地表征超疏水紡織品的自清潔性能。

　　關(guān)鍵詞：超疏水紡織品；自清潔性能；自建測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)體系

　　1引言

　　超疏水紡織品作為自清潔紡織品中的一類，它是通過(guò)各類拒水拒油整理劑對(duì)紡織品進(jìn)行功能后整理，改變纖維的表面性能，使纖維的表面張力低于水、油的表面張力，使得水滴以及油污無(wú)法在織物表面鋪展且可以輕易抖落，而且水滴在滑落的過(guò)程中還可帶走織物表面原有的灰塵，從而達(dá)到紡織品自清潔的目的。目前常用的是含氟類拒水拒油整理劑。

　　關(guān)于超疏水紡織品，目前評(píng)價(jià)其抵抗液體污物潤(rùn)濕性能的標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T 4745—1997《紡織織物表面抗?jié)裥詼y(cè)定沾水試驗(yàn)》[1]、GB/T 19977—2005《紡織品拒油性抗碳?xì)浠衔镌囼?yàn)》[2]及FZ/T 24012—2010《拒水、拒油、抗污羊絨針織品》附錄A[3]，其中拒油性及抗污性測(cè)試過(guò)程類似，均采取滴加液滴、評(píng)級(jí)的形式，而沾水試驗(yàn)則采取噴淋、評(píng)級(jí)的形式，這些標(biāo)準(zhǔn)中的測(cè)試方法雖然可以評(píng)價(jià)紡織品抵抗相應(yīng)液滴潤(rùn)濕的能力，但是無(wú)法直觀體現(xiàn)超疏水自清潔紡織品在液滴滑落過(guò)程中的沾污程度以及水滴滑落過(guò)程中帶走織物表面原有污物的能力，本文通過(guò)自建測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)研究。

　　2試驗(yàn)

　　2.1試樣

　　試驗(yàn)中選取了10個(gè)試樣進(jìn)行測(cè)試，其詳細(xì)參數(shù)詳見(jiàn)表1。

　　2.2試劑

　　三級(jí)水、食用醋、玉米油、炭黑(粒徑小于40μm)、GB/T 19977—2005《紡織品拒油性抗碳?xì)浠衔镌囼?yàn)》中使用的標(biāo)準(zhǔn)油試液。

　　2.3自建測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)體系

　　針對(duì)現(xiàn)有超疏水紡織品測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的不足，為了能夠評(píng)價(jià)自清潔紡織品的自清潔性能，經(jīng)參考相關(guān)紡織品測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，自建測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)體系[4]如下：

　　2.3.1織物未經(jīng)炭黑沾污處理

　　參照GB/T 4745—1997，用試樣夾持器夾緊試樣，放在支座上，試驗(yàn)時(shí)織物正面朝上。除另有要求，應(yīng)將試樣經(jīng)向與液體流向平行。

　　使用移液管移取1mL液體(應(yīng)保證1mL三級(jí)水在移液管中持續(xù)滴加時(shí)間在3s～7s之間)，液體分別有三級(jí)水、食用醋、玉米油，使用不同液體測(cè)試時(shí)移液管應(yīng)分開(kāi)使用，將移液管垂直置于支座中心15cm上方，使液體持續(xù)滴落，液體滴完后迅速將夾持器連同試樣一起拿開(kāi)，使織物正面向下幾乎呈水平。然后對(duì)著一個(gè)硬物輕輕敲打兩次(在繃框徑向上相對(duì)的兩點(diǎn)各一次)，敲打后，試樣仍在夾持器上，根據(jù)觀察到的試樣潤(rùn)濕及沾污程度，用最接近下列文字描述表示的級(jí)別來(lái)評(píng)定其等級(jí)，可評(píng)中間等級(jí)。

　　自清潔等級(jí)：

　　1級(jí)——1mL液體在織物表面全部滲透潤(rùn)濕；

　　2級(jí)——織物表面滴落處潤(rùn)濕、液體滑落處部分潤(rùn)濕；

　　3級(jí)——織物表面滴落處潤(rùn)濕、液體滑落處未潤(rùn)濕；

　　4級(jí)——織物表面沒(méi)有潤(rùn)濕，但沾有小液珠；

　　5級(jí)——織物表面沒(méi)有潤(rùn)濕，也未沾有小液珠。

　　2.3.2織物經(jīng)炭黑沾污處理

　　將100g的炭黑置于大小20cm×20cm的平底盤中，來(lái)回晃動(dòng)使炭黑平鋪均勻，將試樣測(cè)試面朝下與炭黑接觸，施加一重物(圓柱形、直徑100mm、重0.25kg)在織物中心面上，保證壓力均勻，施加30s±2s后，取出試樣，用試樣夾持器夾緊試樣，保證織物沾污處位于夾持器中心，放在支座上，試驗(yàn)時(shí)織物正面朝上。除另有要求，應(yīng)將試樣經(jīng)向與液體流向平行。

　　使用移液管移取1mL三級(jí)水(應(yīng)保證1mL三級(jí)水在移液管中持續(xù)滴加時(shí)間在3s～7s之間)，將移液管垂直置于支座中心15cm上方，使液體持續(xù)滴落，液體滴完后觀察試樣表面受淋處炭黑去除程度，用最接近下列文字描述表示的級(jí)別來(lái)評(píng)定其等級(jí)，可評(píng)中間等級(jí)。

　　自清潔等級(jí)：

　　1級(jí)——水滴與織物接觸面炭黑未去除；

　　2級(jí)——水滴與織物接觸面有五分之二的炭黑去除；

　　3級(jí)——水滴與織物接觸面有五分之三的炭黑去除；

　　4級(jí)——水滴與織物接觸面有五分之四的炭黑去除；

　　5級(jí)——水滴與織物接觸面炭黑完全去除。

　　3結(jié)果與討論

　　3.1不同織物的沾水等級(jí)、拒油等級(jí)和抗污等級(jí)比較

　　超疏水紡織品具有一定的自清潔性能，其作用原理主要是使纖維的表面張力低于水、油的表面張力，使得水滴以及油污無(wú)法在織物表面鋪展且可以輕易抖落，而且水滴在滑落的過(guò)程中還可帶走織物表面原有的灰塵，從而達(dá)到紡織品自清潔的目的。

　　由理論可知，液滴在固體表面上的接觸角主要決定于固體和液體的表面能以及液體與固體的界面能[5]。根據(jù)Young潤(rùn)濕方程式：γSL-γS+γLcosθ= 0式中:γS——固體與氣體界面的表面能(即固體表面能)；γL——液體與氣體界面的表面能(即液體表面能)；γSL——液體與固體界面的表面能。γS一定時(shí)，γL越小，θ越小，液體越容易濕潤(rùn)固體。水的表面能約為72mJ /m2，常見(jiàn)油類的表面能為2 0 mJ /m2～4 0mJ /m2，而其他的液體污物，如醬油、食用醋、牛奶等的表面能一般介于水與油之間，

　　由此可知油的潤(rùn)濕能力遠(yuǎn)大于水，而醬油、食用醋、牛奶的潤(rùn)濕能力位居油、水中間，因此在同樣的條件下拒油的織物一定拒水。目前，表面能最低的織物整理劑是氟碳化合物整理劑。用氟碳化合物整理的織物表面能可以降低到10 mJ/m2～15mJ/m2，經(jīng)整理后，織物不僅拒水，而且拒油。研究中發(fā)現(xiàn)超疏水紡織品自清潔性能[6-7]與拒水、拒油、抗污性能有一定的關(guān)系，因此參照GB/T 4745—1997《紡織織物表面抗?jié)裥詼y(cè)定沾水試驗(yàn)》、GB/T 19977—2005《紡織品拒油性抗碳?xì)浠衔镌囼?yàn)》及FZ/T 24012—2010《拒水、拒油、抗污羊絨針織品》附錄A的標(biāo)準(zhǔn)方法，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

　　由表3數(shù)據(jù)可知：不同試樣的沾水等級(jí)、拒油等級(jí)和抗污等級(jí)各不相同，這主要與試樣自身的纖維組成、結(jié)構(gòu)、后整理等相關(guān)。其中2#、4#、10#試樣的沾水等級(jí)、拒油等級(jí)、抗污等級(jí)均為最低，表明樣品未能抵抗相應(yīng)液滴的潤(rùn)濕，易沾污；而3#試樣的沾水等級(jí)與拒油等級(jí)雖然都較低，但是抗污等級(jí)為3級(jí)，主要是因?yàn)?#試樣經(jīng)過(guò)起絨整理，其表面的絨毛在一定程度上延緩了液滴的滲透潤(rùn)濕速度，在30s內(nèi)只潤(rùn)濕了1/3，但是當(dāng)測(cè)試時(shí)間延長(zhǎng)到50s左右，食用醋即可完全潤(rùn)濕，因此3#試樣的實(shí)際抗污性能也與抗污性能的測(cè)試方法息息相關(guān)。由于2#、3#、4#、10#試樣主要成分是棉纖維，而且未經(jīng)后整理加工處理，所以抵抗液滴潤(rùn)濕的能力均較差。

　　表中，6#、7#、8#試樣經(jīng)過(guò)測(cè)試后，沾水等級(jí)、抗污等級(jí)均為5級(jí)，拒油等級(jí)分別為5.5級(jí)、6級(jí)、7級(jí)，表明試樣具有很好的拒水、抗污能力，也表現(xiàn)出較好的拒油性能，分析原因可能是三者均經(jīng)過(guò)低表面能試劑的整理加工，提高了織物抵抗液體污物的潤(rùn)濕沾污能力；對(duì)于1#、5#、9#試樣，拒油等級(jí)均為0.5級(jí)，而對(duì)應(yīng)的沾水等級(jí)、抗污等級(jí)約在3級(jí)左右，其中9#試樣為4級(jí)，說(shuō)明上述3個(gè)試樣的拒油性能較差，但具有較好的拒水、抗污性能，這可能與其經(jīng)過(guò)有機(jī)硅試劑整理有關(guān)，導(dǎo)致織物表面能降低到30mJ/m2～40mJ/m2，出現(xiàn)可以拒水、抗污，但不能拒油的現(xiàn)象[8]。

　　3.2不同織物的自清潔等級(jí)比較

　　參照2.3中自建的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)10個(gè)試樣進(jìn)行自清潔等級(jí)的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表3所示。

　　由表4數(shù)據(jù)可知：用液體污物在織物上的沾污程度和水滴在滑落過(guò)程中帶走織物自身固體污物的程度來(lái)表征超疏水織物自清潔性能，兩者之間具有一定的關(guān)系。對(duì)于2#、3#、4#、10#試樣，按照自建體系的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)，所得到的級(jí)數(shù)均較低，特別是10#試樣，三級(jí)水、玉米油和食用醋的沾污等級(jí)均為1級(jí)，表示1mL液體在織物表面全部滲透潤(rùn)濕；水滴在滑落過(guò)程中帶走織物自身炭黑的能力評(píng)級(jí)也是1級(jí)，表示水滴與織物接觸面炭黑未去除，由此證明該樣品不具有自清潔性能；3#試樣在自建測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)過(guò)程中也較易沾污表面，與該樣品的沾水、拒油和抗污試驗(yàn)結(jié)果一致，推測(cè)也與自身表面所含有的絨毛及未經(jīng)后整理有關(guān)；對(duì)于6#、7#、8#試樣，其自清潔等級(jí)均在3.5級(jí)以上(最高為5級(jí))，表明該試樣具有較好的自清潔性能；而對(duì)于1#、5#、9#試樣，其自清潔等級(jí)差異較大，這可能與其經(jīng)過(guò)有機(jī)硅試劑整理，未能達(dá)到超疏水織物的要求有關(guān)。

　　綜合表3、表4的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)織物具有較好的拒水、抗污、拒油性能時(shí)，其自清潔性能也較好；而當(dāng)織物的拒水、抗污、拒油性能較差時(shí)，其自清潔性能也較差；對(duì)于表面具有較多絨毛或類似風(fēng)格的織物，其自清潔性能一般也較差，這通過(guò)自建測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系可直觀體現(xiàn)。

　　4結(jié)論

　　1)織物拒油性能好，其拒水、抗污性能也好；織物拒水性能差，其拒油、抗污性能也差；織物拒油性能差，不代表其拒水、抗污性能也差。

　　2)超疏水織物的自清潔性能與其拒水、拒油、抗污性能具有直接的關(guān)系。當(dāng)織物具有較好的拒水、抗污、拒油性能時(shí)，其自清潔性能也較好；而當(dāng)織物的拒水、抗污、拒油性能較差時(shí)，其自清潔性能也較差。

　　3)針對(duì)目前超疏水紡織品自清潔標(biāo)準(zhǔn)的缺失狀況，利用炭黑，獨(dú)創(chuàng)性地設(shè)計(jì)了一套自建測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)體系，經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試檢驗(yàn)，可以很恰當(dāng)?shù)?、直觀地表征織物的自清潔能力。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] GB/T 4745—1997紡織織物表面抗?jié)裥詼y(cè)定沾水試驗(yàn)[S].

　　[2] GB/T 19977—2005紡織品拒油性抗碳?xì)浠衔镌囼?yàn)[S].

　　[3] FZ/T 24012—2010拒水、拒油、抗污羊絨針織品[S].

　　[4]張路遙，張健飛，杜袆偉.納米光觸媒自清潔紡織品及其標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)[J].山東紡織科技，2007(5)：47-49.

　　[5]尉霞，顧振亞，范立紅，等.超細(xì)纖維仿荷葉織物的研究[J].紡織學(xué)報(bào)，2005，26(5)：55-57.[6] A. Bozzi，T. Yuran ova，J. Kiwi. Self-cleaning of wool、polyamide and polyester textiles by TiO2 rutile modificationunder daylight irradiation at ambient[J]. Temperature, Journal of Photochemistry and Photobiology A:Chemistry, 2005,(172): 27-34.

　　[7] A. Bozzi，T. Yuran ova，I. Guasaquillo，D. Laub and J. Kiwi. Self-cleaning of modified cotton textiles by TiO2 at low temperatures under daylight irradiation[J]. Temperature,Journal of Photochemistry and Photobiology A:Chemistry,2005, (25) :156-164.

　　[8]狄劍鋒.織物拒水拒油整理及其性能檢測(cè)[J].上海紡織科技，2003，31(4)：52-54.

　　(作者單位：福建省纖維檢驗(yàn)局)文/張清山