【正文】 1 Chapter 12 Functional Finish 167。 121 Water repellency and oil repellency 167。 122 Soilrelease finish 167。 123 Finish of flame resistance 167。 124 Finish of biological resistance 2 ? 傳統(tǒng)紡織品的遮體、保溫、美觀和使皮膚免受外界 侵害的作用遠(yuǎn)不能滿足人們現(xiàn)在的需要（易護(hù)理性 能、衛(wèi)生性能、舒適性能等）； ? 用于裝飾、產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域的紡織品需具有特殊性能， 如：阻燃、拒水拒油、防紫外等； ? 合成纖維性能上的不足（靜電、吸塵、起球等）影 響到使用和應(yīng)用范圍的拓展； 所以，對紡織品進(jìn)行特種功能整理。 ? 紡織品特種功能整理是使紡織品具有某些特殊性 能，如阻燃、拒水拒油、易去污、親水、衛(wèi)生、防 輻射、防毒氣、防紫外等的整理加工過程。 3 167。 121 Water repellency and oil repellency Introduction 拒水整理：采用浸漬、浸軋或涂覆的方式，在織物上 施加一種具有特殊分子結(jié)構(gòu)的整理劑，以物理、化學(xué) 或物理化學(xué)的方式與纖維結(jié)合，改變纖維表面層的組 成，使織物的臨界表面張力降低至不能被水潤濕，這 種整理工藝稱為拒水整理。 使用的整理劑稱為拒水劑。 4 拒水拒油整理：采用浸漬、浸軋或涂覆的方式，在織 物上施加一種具有特殊分子結(jié)構(gòu)的整理劑，以物理、 化學(xué)或物理化學(xué)的方式與纖維結(jié)合，改變纖維表面層 的組成，使織物的臨界表面張力降低至既不能被水潤 濕，也不能被常用的油類（如：食用油、機(jī)油等）潤 濕，這種整理工藝稱為拒水拒油整理。 使用的整理劑稱為拒水拒油劑。 5 Difference between water repellency and water proof ? 拒水整理 ：利用具有低表面能的整理劑沉積于纖維表 面，使織物不會被水潤濕，但織物中纖維和紗線間仍保 持著大量孔隙，使織物既具有良好的拒水性，又具有透 氣和透濕性，織物的手感和風(fēng)格不受影響，只有在水壓 相當(dāng)大的情況下織物才會發(fā)生透水現(xiàn)象。 ? 防水整理 ：在織物表面涂布一層不透氣的連續(xù)薄膜， 如橡膠、聚氨酯等，填塞織物上的孔隙，借物理方法阻 擋水的透過，即使在外界水壓作用下也有高的抗水滲透 能力，但往往不透氣和不透濕，穿著也不舒適。 ? 防水整理屬涂層整理范疇。 防水透濕技術(shù)的開發(fā) 7 Mechanism of water repellency and oil repellency Mechanism of water repellency and oil repellency Precondition ? 沾濕 液體與固體接觸，變液 /氣界面和固 /氣界面為固 /液 界面的過程。 沾濕過程中體系自由能的變化如下： G a＝ γ sl－（ γ sg＋ γ lg） ＝－ γ lg （ cosθ ＋ 1） 8 ? 沾濕 G a＝ γ sl－（ γ sg＋ γ lg） ＝－ γ lg （ cosθ ＋ 1） 沾濕發(fā)生的條件為： G a ≤ 0， θ小，有利 于沾濕 拒水和拒油整理： 與沾濕過程相反， 增大織物與水或油的接觸角 θ 9 ? 鋪展 以固 /液界面代替固 /氣界面的同時(shí)，液體表面也同 時(shí)擴(kuò)展或液體表面積也同時(shí)增大的過程。 鋪展過程中體系自由能的變化為： G ＝（ γ lg＋ γ sl）－ γ sg＝－ S 鋪展發(fā)生的條件： G ≤ 0 （ S≥ 0） 拒水和拒油整理：不發(fā)生鋪展 S＝ γ sg－（ γ lg＋ γ sl） ＜ 0 γsl 與 γ lg相比很小，可以忽略不計(jì)， 固體表面張力 γ sg＜液體表面張力 γ lg 10 Solid critical surface tension 固體臨界表面張力 γ c的物理意義：只有表 面張力低于 γ c的液體，才能在該固體表面鋪展，而 表面張力高于 γ c的液體，則在固體表面形成不連續(xù)的液滴，其接觸 角大于零。 表 121是一些常見纖維或固體的臨界表面張力 γ c。 表 122是 一些常見液體的表面張力。 臨界表面張力 γc（ mN／ m） 臨界表面張力 γc（ mN／ m） 纖維素纖維 200 錦綸 46 聚己二酸己二醇酯 46 羊毛 45 聚對苯二甲酸乙二醇酯 43 聚二氯乙烯 40 聚氯乙烯 39 聚甲基丙烯酸甲酯 39 聚乙烯醇 37 聚苯乙烯 33 聚乙烯 31 聚氯氟乙烯 31 聚丙烯 29 石蠟類拒水整理品 29 聚氟乙烯 28 有機(jī)硅類拒水整理品 26 石蠟 26 聚二氟乙烯 25 聚三氟乙烯 22 聚四氟乙烯 18 含氟類拒水整理品 10 氟化脂肪酸單分子層 6 11 表 121 常見聚合物的臨界表面張力 液體的表面張力 γ（ mN／ m） 液體的表面張力 γ （ mN／ m） 水（ 20℃ ） 甘油（ 20℃ ） 雨水 53 紅葡萄酒 45 牛奶 43 花生油 40 油酸（ 20℃ ） 精制棉籽油（ 25℃ ） 精制橄欖油（ 25℃ ） 電動(dòng)機(jī)油（ 25℃ ） 石蠟油（ 25℃ ） 重油 29 甲苯（ 20℃ ） 四氯化碳（ 20℃ ） 白礦物油 丙酮（ 20℃ ） 乙醇（ 20℃ ） 汽油 22 正辛烷（ 25℃ ） 正庚烷（ 25℃ ） 12 表 122 一些 常見液體的表面張力 13 雨水的表面張力為 53mN／ m，一般油類的表面張 力為 20～ 30mN／ m。 織物拒水：表面張力＜ 53mN／ m； 織物拒油：表面張力＜ 20～ 30mN／ m。 一般的纖維或紡織品既不能拒油也不能拒水。 14 E. G. Shafrin等研究者提出了 “ 可潤濕性組成定 律 ” ，強(qiáng)調(diào)了表面組織對潤濕行為的影響。 認(rèn)為： 有機(jī)物表面的可潤濕性由固體表面的原子或暴露 的原子團(tuán)的性質(zhì)和堆集狀態(tài)所決定，與內(nèi)部原子 或分子的性質(zhì)和排列無關(guān)。 拒水劑和拒油劑是一種具有低表面能基團(tuán)的化合 物，用它整理織物，可在織物的纖維表面均勻覆 蓋一層拒水劑或拒油劑分子，并由它們的低表面 能原子團(tuán)組成新的表面，使水和油均不能潤濕。 表面組成 暴露的原子團(tuán) 臨界表面張力 γc（ mN／ m） 碳氟化合物 － CF3 6 － CF2H 15 － CF2－ CF2－ 18 － CF2－ CFH－ 22 － CF2－ CH2－ 25 － CF2－ CFCl－ 30 碳?xì)浠衔? － CH3（結(jié)晶 面） 20 － CH3（單分 子層） 22 － CH2－ CH2－ 31 表 123 部分氣 /固界面上低表面能的原子團(tuán)及其臨界表面張力（ 20℃ ） 15 16 ? 水的表面張力較高，以臨界表面張力 γ c為 30 mN／ m 左右的疏水性脂肪烴類化合物，或用 γ c為 24 mN／ m 左右的有機(jī)硅整理劑可以獲得足夠的拒水性； 拒水劑一般選用烷基（ － CnH2n+1,n＞ 16）為拒水基團(tuán) ? 油類的表面張力約為 20～ 30mN／ m，必須用含氟烴類 整理劑才能使纖維的臨界表面張力降低到 15mN／ m以 下。 拒油劑必須選用全氟烷基（ － CnF2n+1,n＞ 7）為拒油基團(tuán) ? 拒水劑或拒油劑要牢固地附著于纖維表面，其分子結(jié) 構(gòu)中還必須具有其它相應(yīng)基團(tuán)，最好能與纖維反應(yīng)， 或與纖維有較強(qiáng)的粘附功，才能獲得耐久的效果。 17 Other factors 上面討論了固體的表面能對拒水拒油性能的影響，所 指的固體表面為均一、光滑、不透水且不變形的理想 表面。 織物是一個(gè)復(fù)雜的體系，除了不是光滑表面外，還是 一個(gè)多孔體系。液體如水或油的潤濕和滲透，不僅取 決于織物中纖維表面的化學(xué)性能，還與織物的幾何形 狀、表面粗糙度、織物毛細(xì)管間隙的大小以及織物上 殘留的其它物質(zhì)有關(guān)。 織物表面粗糙度對拒水拒油性的影響 ? 接觸角滯后 液滴在固體表面上前進(jìn)時(shí)的 接觸角 θ A（液體擴(kuò)張或取代 固 /氣界面時(shí)的接觸角）較后 退接觸角 θ R（界面縮小或被 固 /氣界面取代時(shí)的接觸角） 要大，兩者的差值稱為接觸 角滯后。 圖 123 液滴在固體表面 上的前進(jìn)角和后退角 18 19 在平的、干凈的、均勻的、不變形的理想固體表面 上，接觸角滯后為零。 紡織品為非理想狀態(tài)，大多存在接觸角滯后現(xiàn)象。 造成接觸角滯后的原因主要是表面不平和表面不均 勻（即粗糙，包括表面污染）及表面對液滴吸附所 致。 20 ? 表面粗糙度對拒水拒油性的影響 固體表面粗糙度可用液滴在固體表面上的真實(shí)或 實(shí)際接觸面積（ A0）與表觀或投影接 觸面積 （ Ar）之比來表示，即 r＝ A0／ Ar＞ 1 。 粗糙度 r越大， 表面越不平。 表面粗糙不僅影響接觸角滯后，而且影響所測量 的接觸角的數(shù)值 r＝ A0／ Ar＝ cosθ ’／ cosθ ＞ 1 （ θ’為實(shí) 測接觸角）。 21 粗糙表面的 cosθ’的絕對 值總是比光滑表面的大 若液滴在光滑表面上的接觸角小于 90176。 ，則在粗糙表 面上的接觸角將更小； 若液滴在光滑表面上的接觸角大于 90176。 ，則在粗糙表 面上的接觸角將更大。 即： 一個(gè)水不能潤濕的光滑表面，如表面粗糙則水更 不易潤濕 ； 一個(gè)水能潤濕的光滑表面，如表面粗糙則水更易 潤濕 。 22 織物毛細(xì)管間隙大小對潤濕性的影響 對于半徑為 R的毛細(xì)管來說，表面張力為 γ lg的溶液 在其中上升的液柱壓強(qiáng) P與接觸角 θ的關(guān)系符合 ： P＝ 2γ lg cosθ / R ? 接觸角 θ ＜ 90176。 時(shí)，毛細(xì)管壓力 ＞ 0，液體可以 自動(dòng)進(jìn)入毛細(xì)管，隨著織物毛細(xì)管半徑的減小， 毛細(xì)管壓力增大，織物的潤濕性提高，拒水拒油 性能降低； ? 接觸角 θ ＝ 90176。 時(shí)，毛細(xì)管壓力 ＝ 0，織物的拒 水拒油性能不受毛細(xì)管半徑的影響； 23 ? 接觸角 θ ＞ 90176。 時(shí)，毛細(xì)管壓力 ＜ 0，液體不能 自動(dòng)進(jìn)入毛細(xì)管，只有在外力作用下，才能強(qiáng)迫 進(jìn)入毛細(xì)管。隨著織物毛細(xì)管半徑的