三防整理劑在織物鞋材面料的應用及其性能研究

貢旺，李建華，鄭小佳，鄭云波

（1.北京中紡化工股份有限公司，北京 100176；2.海西紡織新材料工業技術晉江研究院，福建 晉江 362200）

引言

隨著飛織技術和工藝的進步，織造面料被越來越多地應用在鞋面材料上。飛織（Flynit）技術是2012 年由耐克公司從針織毛衣的技術改良而來，其面料具有輕盈、貼合感強、透氣性好、舒適和花紋設計感強等優點。與此同時，飛織技術還大大減少了邊角料的浪費，有助于降低成本和環境保護，因此在短時間內成為了行業熱門技術，獲得了廣大制造商和消費者的喜愛[1]。

但是飛織鞋面在實際使用過程中，也必須面對一些亟待解決的問題。一是易臟污且難清理，二是耐久性差[2]，而且這兩個問題是相互關聯的。一方面，保持鞋面的整潔干凈是消費者的普遍需求，且飛織材料多應用于運動鞋、休閑鞋上，在運動過程中鞋面沾污的速度和程度都大大提高。另一方面，改善飛織材料的受污染程度可以減緩污漬對材料的腐蝕，從一定程度上保持面料強度，提高耐久性。

因此，文章以市售的三防整理劑為基礎，通過浸軋法在高密飛織面料表面形成疏水疏油層，使織物具備了良好的防污能力。經耐磨和耐光照測試表明，此種處理方法可以讓織物的防污性能具備較好的耐久性，滿足長期穿著的防污要求。

1 實驗部分

1.1 試驗材料

面料：滌綸高密飛織面料。

試劑：三防整理劑為耐久型防水劑 CTA-5617（北京中紡化工股份有限公司），抗靜電劑為防水專用抗靜電劑FK-312（北京中紡化工股份有限公司）。

儀器：實驗室（臥式）軋車MU504A(北京紡機所裝備技術公司)、快速定型烘干機R3（廈門瑞比精密機械有限公司）、YG401E 型馬丁代爾耐磨儀（武漢國量儀器有限公司）、YG611D 型日曬氣候色牢度儀（溫州方圓儀器有限公司）。

1.2 參考標準

1.2.1 防水性能

按照AATCC 22 《紡織品 拒水性能測試 噴淋法》進行測試。

1.2.2 防油性能

按照AATCC 118《紡織品 拒油性能測試 耐碳氫化合物試驗》進行測試。

1.2.3 耐液態污漬測試

按照GB/T 30159.1《紡織品 防污性能的檢測與評價 第1部分：耐沾污性》進行測試。

1.2.4 耐固態污漬測試

按照北京中紡化工股份有限公司企業標準Q/DXZFH0016—2022《紡織品 耐固態粉塵沾污性能》進行，具體的標準方法如下：

a.試樣尺寸：每組測試均取兩塊試樣，每塊試樣尺寸為（150×150）mm。

b.取樣：樣品應距布端1m 以上的部位，試樣應距布邊1/10 幅寬內采取。試樣應無影響實驗結果的疵點。

c.灰粉的制備：準備好煙絲，將其制備成10mm 左右的小段放置于坩堝內，在坩堝內加入2ml 左右的乙醇，在空曠處將坩堝內的煙絲點燃，并盡量使其充分燃燒，燃燒后將坩堝內的灰粉放入180 目的篩網內，振動過篩，收集篩出物放于表面皿內。最終保持表面皿內灰粉的厚度在5mm 左右。灰粉使用完畢后放入干燥器內保存。

d.測試：將試樣置于絕緣試驗臺上，實驗員應雙手佩戴絕緣手套，手持標準滌綸布與試樣貼緊并同方向刮擦20 次，然后快速將試樣摩擦面向下置于盛有灰粉的表面皿上（樣品盤內灰粉高度盡量始終保持5mm 左右），在表面皿上放置5s 后取下，根據沾污評價方法評定等級（見圖1）。

圖1 耐固態污漬評級圖

1.2.5 耐磨測試

按照ISO 12947—2《紡織品 織物耐磨性馬丁代爾法的測定》進行，其中砝碼質量為2.5kg，摩擦次數為1000 次和2000 次。

1.2.6 耐光照測試

按照GB/T 8427—2019 《紡織品 色牢度實驗 耐光色牢度：氙弧》進行，其中測試時間為325h。

1.3 試樣準備與處理

采用浸軋-焙烘工藝，實驗設備為小型軋車和定型機。將三防整理劑或三防整理劑和抗靜電劑配置成工作液，其中工作液中包含質量濃度為8%的CTA-5617 或質量濃度為8%+1%的CTA-5617 和FK-312 的混合液。將配置好的工作液倒入小型軋車的液槽，待整理面料先在輥輪的帶動下從液槽進出一次，使其被工作液完全浸濕。其后，面料經過輥軋除去多余工作液，軋輥壓力為0.3MPa。最后，將面料置于定型機中定型，定型溫度為150℃，定型時間為2min。

2 結果與討論

2.1 防水性能

文章參照AATCC 22 低速噴淋試驗模擬內飾織物面料的防水性能，性能評價指標見表1。經過防污處理的織物面料在噴淋試驗后，織物表層無水滴黏附，織物無浸潤情況。其防水等級為95 分；作為對比，未經處理的織物面料，經過噴淋試驗后，織物表面完全浸潤，無任何防水性能。由以上測試結果可知，普通織物面料在經整理劑處理后，其防水性能明顯提升。因此，采用該工藝處理后的面料沾污水性臟污時（如果汁、可樂、咖啡等），可通過干毛巾、紙巾等快速擦拭移除，明顯增強了鞋材面料抵御水性污漬的能力，提升了穿著體驗，降低了打理成本。

表1 防水性能等級評價標準

2.2 防油性能

油性物質也是生活中常見的污漬類型，當人們在用餐、使用運動器械、駕車等生活場景中時，時常會遇到油性物質沾到鞋上的情況。一般來說，油性污漬因為具有比水性污漬更低的表面能，往往更容易潤濕鞋面而難以去除。因此，使織物鞋材面料具有防油性能就成了鞋面防污的一個關鍵需求。防油性能的測試依照AATCC 118 標準，其測試液體的構成見表2。

表2 防油性能測試標準測試液成分

如表2 所示的標準試液，等級越高代表防油性能越好。對于通常的應用需求來說，防油性能至少不小于4 級。經過三防整理劑整理的面料，其防油性能可在6 級以上；而未經整理的面料，其防油等級為0 級。因此，三防鞋材面料的防油性能已經完全可以滿足日常穿著的防油需求，因為平時食用油等油漬對應的防油等級均在2-4 級范圍內。

2.3 耐液態污漬性能

防水和防油測試證明了面料對擁有特定表面張力的物質的防潤濕能力，但是對生活中的常見液態污漬還是需要進行有針對性的防污測試才能證明面料的防沾污性能。文章參照GB/T 30159.1要求，測試了面料的耐液態污漬沾污性能，其評分標準見表3。

表3 液態污漬評級標準

如表3 所示的液態污漬評級標準，等級越高代表面料耐液態污漬的性能越好，一般來說在4 級以上即可認為具有優秀的防污性能。本次所選用的污漬為生活中常見的液態污漬，包括花生油、番茄醬、咖啡、紅酒和老抽。液態污漬在三防面料表面的狀態見圖2。經三防整理后的鞋材面料，其耐液態污漬的等級均可以達到5 級，見圖3；而未經整理的面料則只有1 級。

圖2 三防整理后的織物表面耐液態沾污性能

圖3 將污漬用紙巾擦掉后的三防織物表面

優秀的防污能力，可以保證液態污漬在沾染到面料上后不會潤濕滲入鞋材內部，而且可以用紙巾輕松擦拭掉，甚至可以將其輕輕抖落并不留痕跡。這種出色的防液態污漬的能力顯著提高了穿著體驗。

2.4 耐固態污漬性能

三防整理劑可以在織物的表面形成一層表面能極低的功能層。當表面能被降低到一定程度后，該表面就難以被液態污漬潤濕，而是會使其在接觸時形成液珠。此時，污漬就可以從織物表面直接滑落，或者通過擦除的方式較為輕松地清理干凈。對于灰塵一類的固態污漬，其在織物表面的沾污機理與液態污漬不同，此類污漬往往是因為靜電效應而吸附在表面。因此需要在對織物進行三防整理時輔助以抗靜電劑，這樣就能顯著降低靜電在織物表面的積累，從而達到減少固態粉塵污漬沾污的效果。

固態粉塵類污漬是鞋類要面對的主要污漬類型。如今的鞋面選材越來越多地傾向采用合成纖維材料，而合成材料容易因摩擦而產生靜電，從而吸附更多環境中的粉塵[3]。在有靜電的情況下，即使電中性粉塵也會被極化，呈現反向電性而被吸附。因此，提升織物的抗靜電性能就可以大大減緩其被固態粉塵類污漬污染的速度。文章采用的測試抗靜電吸灰的方法是一種實驗室常用的簡明測試方法。測試原理為，將待測試材料經過與特定材料相互摩擦并分離后，將其置于盛有煙灰的表面皿上，通過觀察其吸附煙灰的量來評價其抗靜電能力的等級。

三防整理劑配合抗靜電劑使用，采用同浴法整理的面料，可以達到4 級或以上的耐固態污漬等級，而原面料或僅經三防整理的面料則只有1 級。與此同時，測試結果顯示，抗靜電劑FK-312 的加入，并不會影響三防整理劑在防水、防油或防液態污漬方面的性能（見表4）。

表4 FK-312 對三防性能的影響

在實際應用當中，經過三防助劑和抗靜電劑整理的三防材料可以有效防止灰塵類污漬對鞋面的污染，大大降低了鞋子的保養頻率。這一性能對采用織造面料的運動鞋尤其重要。

2.5 三防耐久性

為了評價鞋面經過一定時間穿著以后的三防性能耐久性，文章采用馬丁代爾耐磨儀按照ISO 12947—2 的要求，使用標準羊毛織物對待測面料分別進行1000 次和2000 次的摩擦處理，砝碼質量為2.5kg。這種測試方法可以有效模擬鞋材在穿著過程中經歷環境摩擦而老化的過程。之后按照3.1-3.4 的評價方法，分別再次評定試樣摩擦后的防水、防油、耐液態污漬、耐固態污漬性能。

從表5 數據可見，經歷2000 次摩擦的耐久性測試后，此三防整理面料的性能仍然可以達到防水85 分、防油5級、耐液態污漬5 級、耐固態污漬4 級的水平。相比于1000 次和2000 次的測試結果，二者相差不大。這說明，鞋材三防性能的耐磨損失在初期經歷一個明顯的變化后，后期會趨于平穩。在未來相對較長的使用期內，三防鞋材的各項指標仍然能夠維持在一個較為優秀的區間內。

表5 三防及耐久性能（耐磨）

此外，耐光性也是評價三防整理劑耐久性能的一個重要指標。鞋類的使用場景中，光照是一個無法忽略的因素，因為長時間的光照會破壞高分子的結構。紫外線會給高分子材料提供大量的激發能，使分子內部產生大量的自由基，從而發生多種負面化學反應，破壞高分子材料原有的性質[4]。

文章采用GB/T 8427—2019 的測試方法，區曝曬條件為約45%有效濕度，黑標溫度為（47±3）℃，黑板溫度為（45±3）℃，輻照度控制在（42±2）W/m2，耐光照時間為325h。

從表6 中的數據可以得出結論，該三防面料具有優秀的耐光照老化性能，測試前后面料的各項性能變化不大。

表6 三防及耐久性能（耐光照）

3 結論

經過三防整理劑FK-5617 和抗靜電劑FK-312 整理的鞋材面料，其防水、防油、耐液態污漬和耐固態污漬的性能均表現優異。其中防水性能為95 分，防油等級在6 級以上，耐液態污漬可達5 級，耐固態污漬在4 級以上，可以完全滿足鞋材在日常生活中遇到的防污需求。

使用馬丁代爾耐磨儀對織物進行老化耐久測試，在摩擦2000 次后，三防面料的性能仍然可以達到防水85 分、防油5 級、耐液態污漬5 級、耐固態污漬4 級。耐光照測試325 小時后，可以達到防水90 分、防油5 級、耐液態污漬5 級、耐固態污漬4-5 級。以此證明該三防助劑整理后的面料具有優秀的耐久性。在未來應用中，能夠有效延長鞋面壽命，降低保養成本，提升穿著體驗。