图1 洗涤液中沾污织物上的各相界面张力

    图l中：θ为为织物、油、水三相交界处的接触角；γow为油／水相的界面张力；γwf为水／纤维相的界面张力；γof为油／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+γow cosθ．按“卷珠”模型，油污要从织物表面卷珠去除(即油污织物间的接触角从0°向180°变化)时，必须满足下式条件：γof-γwf+γow cosθ>O．

    由于油污从在织物上的铺展状态(θ=0°，cosθ=1)至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，即：

    γof-γwf-γow>0，γof-γwf>γow

    根据上述分析，易去污的条件是：γof应尽可能大，γof和γow应尽可能的小．γow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．亲水性高的纤维与水有强烈的相互作用γwf的值小，而γof值较大，因此易去污性能好，油污易于去除；疏水性高的纤维与水的相互作用仅有色散力，γof值低，而γwf值高，因此易去污性能不好，油污不易去除．非极性(疏水性)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，可以提高纤维的易去污性能．

    2．4防湿再沾污的原理

    由上述的原理可以推断湿再沾污的产生是由于“水／纤维”与“水／油污”界破坏，形成“纤维／油污”界面。由前面推理可知：γwf，与γow大而γof小的条件下，才有可能发生湿再沾污．

    亲水性纤维的γwf小，γof大，不易发生洗涤再沾污；疏水性纤维的γwf大，γof小，易发生洗涤再沾污．提高纤维的亲水性，既能降低纤维的γwf值，又能增大纤维的γof值，如果在洗涤液中加人适当的表面活性剂，使γow降低，油污稳定地悬浮于水中，则既具有易去污性能又不易发生洗涤再沾污．亲水性的棉纤维浸入水中，界面张力下降至2．8 mN／m，大大低于油污的表面张力(30 mN／m)，因此，棉纤维上的油污易于洗除，并且不易发生洗涤再沾污．疏水性的聚酯纤维浸入水中后界面张力比空气中(43 mN／m)的还要高，大于油污的表面张力，所以聚酯纤维上的油污不易洗除，并且容易发生洗涤再沾污．聚酯纤维经亲水性易去污整理后，亲水性能得到提高，浸入水中后的界面张力降至4．3～9．9 mN／m，大大低于油污的表面张力，这样油污易于去除，而且不易发生湿再沾污．

    3易去污整理剂和整理工艺

    3．1 嵌段共聚醚酯型易去污剂及整理工艺

    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Permalose T，由英国ICI公司生产，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℃，30 s)平洗烘干．浸轧液组成：Permalose TG 60g，水x，合成1 000 g．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．

    3．2聚丙烯酸型易去污剂及整理工艺

    聚丙烯酸型易去污剂一般为共聚乳液，具有良好的低温成膜性能，改变共聚物的组成可调节膜的软硬度，对纤维有良好的粘附性．聚丙烯酸型易去污剂由具有亲水基团的乙烯基单体(如丙烯酸、甲基丙烯酸等)和具有疏水基团的乙烯基单体(如丙烯酸乙酯等)组成．

    研究发现：以丙烯酸(或丙烯酸与甲基丙烯酸混用)／丙烯酸乙酯共聚物的易去污性能较理想．聚丙烯酸型易去污剂中羧基的含量非常重要，至少要在20％(量比)以上．聚丙烯酸型易去污剂中加入带有反应性基团的乙烯基单体(如N一羟甲基丙稀酰胺)，能提高易去污整理效果的耐久性．聚丙烯酸型易去污剂具有良好的易去污性能，但在穿着时可能比未经易去污整理的较易沾污，因此要保证形成的薄膜具有一定的刚性和膨润率．

    聚丙烯酸型易去污剂的易去污整理工艺如下：二浸二轧→烘干(拉幅)→焙烘(155～165℃，3～5 min)→平洗→烘干→机械柔软处理．浸轧液组成：聚丙烯酸型易去污剂3％～5％，防凝胶剂适量．

    聚丙烯酸型易去污剂的易去污性能与它的结构密切相关，易去污性能是其亲水性、静电荷、膨润性和表面活性共同作用的结果．

    整理后织物上易于埋藏颗粒状污垢的纤维表面凹凸不平处，被亲水性共聚物薄膜包裹填平，防止了“微吸附”对表面光滑的疏水性合成纤维同样有效．此外，在纱线间也会被亲水性共聚物所填充，从而防止了“巨吸附”．聚丙烯酸型易去污剂在洗液中具有阴离子性，增大了织物表面的ξ电动势．洗液中的污垢也带负电荷，聚合物薄膜表面对污垢产生排斥力．此外，油水界面的电位差也降低了油在水中的界面张力，使油性污易于卷成珠状离去．聚丙烯酸型易去污剂具有亲水基团，对油性污的亲和力较小，在洗涤时，油性污在织物表面的接触角较未整理的试样大，容易按Adam的“卷珠”机理从纤维上除去。聚丙烯酸型易去污剂既有亲水性又有一定的亲油性，能起洗涤作用．聚丙烯酸型易去污剂的优良易去污性能，与它在洗液中会产生剧烈的膨润有关膨润是由带负电荷的羧基之间的相互排斥作用造成的．这种排斥力，使卷曲的易去污共聚物分子链舒展伸长，薄膜体积增大，伴随产生机械力，将附着在其上的油污排挤出去．

    亲水性是聚丙烯酸型易去污共聚物的最主要特征，亲水性改变了纤维／油污间和纤维／洗液间的界面张力，有利于油污以“卷珠”方式离去，其中，界面张力和水对纤维／油污界面的扩散起主要作用．

    对沾有油污的疏水性纤维如涤纶织物，水或洗涤液的扩散是缓慢而又不完全的，水的作用仅在油污膜的边缘，油污要从疏水性纤维上自动脱离是非常困难的．经聚丙烯酸型易去污共聚物整理后的纤维，其表面亲水性增加，同时又减少了毛细管的孔隙，阻止了油污向纱线内部和毛细管孔隙的扩散．在洗涤时，亲水性共聚物大大加速了水向织物和纱线内部的扩散，使纤维表面的油污与易去污共聚物薄膜界面问因水化而分离，水能渗入易去污共聚物的整个薄膜而将油污去除．

    4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．

    经整理纺织品的临界表面张力低于水性污和油性污,这是整理纺织品能在大气中拒水拒污的原因.可是在洗涤时与未经整理的纺织品相比，整理过的纺织品反而有吸附洗液中污垢的倾向，产生上述现象的原因。可用不同类别的整理剂整理的棉织物在水中和大气中临界表面张力的变化来说明，如表1所示．

    表1 不同整理剂整理棉织物的临界表面张力

    由表1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28 mN／m，而经有机氟整理剂整理的棉织物却要大于9 mN／m，这就是一般棉织物上沾油污后容易去除，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．

    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．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．

    混合型含氟嵌段共聚物在空气中是疏油的,而在水中是亲水的.这种双重功能效应是由于它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.用亲水性含氟嵌段共聚物易去污整理剂与适当的交联剂(如DMDHEU)共同使用，可提高干态防污性，并赋予织物较好的易去污性能．

    亲水性含氟嵌段共聚物用于涤棉混纺织物防污易去污整理工艺，工艺流程：二浸二轧→烘干→焙烘(160℃．3 min)→皂洗→水洗→烘干．浸轧液5亲水性含氟防污易去污整理剂2．5％～3％，氯化镁1％～1．2％，DMDHEU(45％)8％～10％，加水至100％．

    5易去污性能的测试

    5．1影晌易去污测试的因素

    污物的组成:纺织品上的污垢,其组成随纺织品的不同用途如衣着、装饰和产业用及不同环境条件有所不同.在测试易去污性能时都是采用配制的模拟人体污垢和空气中尘埃组成的合成污垢或标准污垢．沾污方法：常用的沾污方法是将规定浓度的标准污液或悬浮液施加于试样上，也有采用标准沾污布样摩擦试样，以模拟自然污垢的累计过程．洗涤方法：洗涤方法包括洗涤设备、洗涤剂种类和洗涤条件．

    5．2去污率的测定

    去污率是沾污的织物经规定洗涤条件洗涤后，织物上污垢的去除程度或污垢的残留量，目测对照标准样卡评级，用评级方法评定易去污织物的易去污性能．可以通过测定试样洗涤前后的反射率来计算，测定反射率后可按下式计算试样的去污率．D=(Rsx-Rsu)／(Rtu-Rsu)×100％，Rsx洗涤x次后的反射率；Rtu：未沾污未洗涤试样的反射率；Rsu：沾污试样洗涤前的反射率．

    目前，我国对易去污类整理纺织产品的性能测试主要采用四类标准方法，即美国标准(AATCC和ASTM)、欧洲标准Iso)、中国标准(GB／T和FT／z)和实验室标准(BV、3M、DuPont和ITS等)．出口产品则根据不同客户的习惯和要求，基本采用美标、欧标和实验室标准．具体测试指标根据产品要求确定，其中，易去污测试则是将油滴或不同污物施加到织物上，再进行一定条件的水洗，判断污迹残留状况．

    表2易去污性能测试标准

    6结语

    随着纺织工业的发展，国内外纺织品的发展趋势和人们生活的需要，技术含量高的多功能产品越来越受人们的重视，其中防污整理剂也发挥越来越重要的作用．通过近几年的研究，已经在该领域取得一些研究成果，特别是含氟多功能织物整理剂的运用越来越广泛，使防水拒油易去污整理走向了新的台阶．完善已商品化产品，开发环保型产品，开发集多功能于一体的产品，降低产品成本是含氟多功能织物整理剂的未来发展趋势．

    来源: 印染在线  作者：胡家军 武汉科技学院430073