1 前言
自本世紀(jì)初人造纖維工業(yè)化生產(chǎn)以來，至今化纖已占了紡織纖維中的五成以上。其中，滌綸產(chǎn)量又占了化纖產(chǎn)量的一半以上，因此滌綸是紡織用化學(xué)纖維中左右全局的最大一個品種。近年來，隨著滌綸細旦、超細旦纖維的迅猛發(fā)展，除了在仿真絲薄型服裝面料方面應(yīng)用廣泛之外，用于裝飾和產(chǎn)業(yè)方面，如：帳篷、高性能清潔布、汽車，飛機等內(nèi)裝飾布、地毯、沙發(fā)面料、墻布等也愈來愈廣泛。而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紡織產(chǎn)品向功能化、智能化方向發(fā)展，已成為未來紡織品發(fā)展的主要趨向，同時，隨著人們生活水平的提高，對紡織品除了傳統(tǒng)的堅牢、耐用等力學(xué)性能要求外，各種舒適性能、外觀性能和特殊性能等越來越受到重視。一些經(jīng)過特種整理的新型紡織品能給人們提供各種優(yōu)異的功能，從而滿足特殊用途的要求，滌綸織物的防水透濕及拒水拒油整理就是其中之一[4]。
2 防水與防水透濕整理
2·1 防水性
織物的防水性是指織物阻抗水分子透過的性能。傳統(tǒng)的處理方式是在織物的表面涂上一層不透水的涂層，如聚氯乙烯樹脂、聚氨基甲酸酯類樹脂等，以消除其透水性，此類方法過去應(yīng)用較多，但卻并不是解決問題的最好方法，因為這種涂層不能透過水蒸汽，它限制了人體汗液蒸發(fā)后的散發(fā)，并使水汽冷凝在織物的內(nèi)表面，穿著很不舒服。
2·2 防水透濕機理
防水性和透濕性表面上似乎是矛盾的，但從織物結(jié)構(gòu)和加工方式上可取得一致。水汽分子的直徑一般為4×10-4µm，雨滴的直徑通常為102µm 。所以只要織物中孔隙的直徑控制在水汽分子可通過而水滴不能通過的范圍內(nèi)，便可起到防水透濕的作用?？椢镆柚顾臐B透，取決于織物表面能的大小及水滴對織物表面的接觸角Q，當(dāng)Q大于等于90時，織物的臨界表面張力小于水的臨界表面張力，織物可以被水潤濕。但由于織物具有芯吸性(毛細管效應(yīng))，不能阻止水滴的滲透，所以要進行適當(dāng)?shù)姆浪?，使織物的表面能低于水，同時由于水的內(nèi)聚力的作用，水滴呈珠狀，從而使織物具有防水性能。
在人體、衣服、環(huán)境三者形成的體系中存在濕與熱的傳遞，濕的傳遞方式有兩種：出汗發(fā)散(液相傳遞)和無感蒸發(fā)排泄(氣相傳遞)。人體隨環(huán)境和活動狀態(tài)及穿著衣服的不同，在人的皮膚周圍出現(xiàn)的人工氣候，其相對濕度為50%，舒適溫度為32℃?？椢锏耐笣裥耘c纖維的種類、織物的結(jié)構(gòu)和織物的整理等密切相關(guān)，當(dāng)服裝內(nèi)側(cè)的溫度高于外側(cè)時，在織物兩側(cè)就存在一個壓力梯度，在它的作用下，水蒸氣分子能通過織物細密通道與外界進行熱濕交換。
2·3 防水透濕整理
新的防水透濕整理方法是采用在織物表面涂上具有微孔的薄膜或采用超細纖維織造緊密織物，從而阻止液態(tài)水的通過，而允許水蒸汽分子通過，同時保持了織物具有一定的透氣和透濕(水蒸汽)能力，因此又稱為防水透氣整理或防水透濕整理滌綸的防水透濕織物主要有如下三種:
（1）經(jīng)拒水整理的高密織物
緊密型防水織物是利用改變織物結(jié)構(gòu)而達到防水透濕的目的。此類織物是最早研制成功的防水透濕織物[7]，其機理為：水汽在紗線空隙之間簡單的擴散；纖維束之間的毛細管傳遞；在單根纖維之間的擴散?，F(xiàn)在的緊密型防水織物，大多采用超細聚酯纖維為原料[8]，此類織物中，纖維之間、紗線之間緊密排列，使織物在不進行拒水整理的情況下，耐水壓達104-1O5Pa。同時，纖維紗線之間形成毛細管，由于毛細管效應(yīng)的存在，能很好地傳輸水蒸氣。
緊密型織物的優(yōu)點在于制備工藝簡單，主要是紗線和絲纖度的變化，制成的衣物懸垂性好，透濕性好。但該織物耐水壓較低，大大限制了它的應(yīng)用范圍。
(2) 層壓織物
層壓織物又稱粘貼薄膜型防水透濕織物，它是把功能性膜粘貼到織物上，此類織物按所用的功能性膜可分為三類：微孔膜型、致密親水膜、微孔親水結(jié)合膜。粘合劑在此處也起到很重要的作用，粘合劑主要有兩種：透濕型，可連續(xù)涂層；不透濕型，只能以網(wǎng)點式粘合，不至于破壞透濕性，此類織物最成功、最著名的是美國W.L.Gore公司的Gore-Tex織物[3]，它是目前市場上公認(rèn)的最先進的防水透濕織物，它是利用聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜與織物復(fù)合而成，由于該微孔膜的制備需要特殊的設(shè)備與工藝，產(chǎn)品加工難度大，成本高，成衣價格貴，其柔軟性、懸垂性，不太令人滿意。
(3) 涂層織物
涂層法是指織物直接或間接地進行涂層，使織物具有防水性，透氣性是通過產(chǎn)生微孔結(jié)構(gòu)或使其具有親水性而得到的[7]。它可以分為三種類型：微孔涂層法、親水性涂層法、微孔親水結(jié)合法。
涂層織物的生產(chǎn)工藝的成本較低，親水性涂層以水為溶劑，成本低，污染少，親水性涂層可按傳統(tǒng)工藝進行。但涂層法以有機溶劑體系為主，溶劑回收設(shè)備費用較高，且易造成環(huán)境污染?？椢锿繉犹幚砗?，懸垂性和柔軟性變差，防水耐久性差，附著牢度差。
3 滌綸織物的拒水、拒油整理及其發(fā)展情況
3·1 織物的拒水
織物的拒水性是指織物將水滴從其表面反撥落下的性能，拒水整理的目的是阻止水對織物的潤濕，利用織物毛細管的附加壓力，阻止液態(tài)水的透過，但仍然保持了織物的透氣透濕性能，此類織物做成的服裝，既有良好的防水性，又能較快地將體表汗液蒸汽排出，保持了服裝干爽、溫暖的感覺，從而大大提高了服裝的舒適性，擴大了織物的應(yīng)用范圍，拒水整理織物首先用于生產(chǎn)軍服、防護服，現(xiàn)在己廣泛用于制作運動服、旅行包、旅行裝、帳篷等。國內(nèi)、國際市場上對這類面料的需求正在逐年增加。
3·2 織物拒水、拒油機理
根據(jù)潤濕理論，液體潤濕固體表面的能，采用鋪展系數(shù)S表示：
S=YS-YL/YSL
由上式可得出以下結(jié)論:
(1)固體表面能YS越大，S就越大，固體越容易被液體潤濕，反之，如果固體表面能YS越小，S越小，固體越難被液體潤濕，固體就具有抗拒液體潤濕的能力。
(2)液體的表面能YL越小，S就越大，液體越容易潤濕固體。
(3)固體與液體的界面表面能YSL 越小，S越大，水的表面能比較高，為72.6mJ/M2。拒水材料的表面能必須比此值小。油類的表面能一般在20-40 J/M2，拒油材料的表面能必須比此值小，所以，油的潤濕能力遠大于水，所以，拒油的物質(zhì)一定拒水，而一般的滌綸織物，表面能遠大于水和油的表面能，因此，為了使滌綸織物拒水拒油，就要在其表面涂一層低表面能的材料。硅橡膠的表面能約為25mJ/m2，是比較理想的拒水材料，氟樹脂的表面能約為5 mJ/m2，是比較理想的拒抽材料。
3·3 拒水、拒油整理劑
由拒水拒油整理的機理可以看出，在滌綸織物表面吸附一層物質(zhì)，使其原來的高能表面變?yōu)榈湍鼙砻?，就可以獲得具有拒水效果的織物，且表面能愈小效果愈好，國內(nèi)外生產(chǎn)和使用的拒水劑主要有以下幾種：(1)石蠟-鋁皂類，(2)吡啶季銨鹽類，(3)羥甲基三聚氰胺衍生物，(4)硬脂酸鉻絡(luò)合物，(5)有機硅型，(6)氟烷基樹脂類[10]。前五類拒水劑有共同弱點：不拒油、不防污、耐洗性差。近年來，含氟化合物在織物拒水、拒油、防污整理力面的應(yīng)用正在發(fā)展中。在紡織品拒水加工中，氟烷基化合物的實用化是在20世紀(jì)50年代，最早由美國杜邦公司進行氟聚合物織物拒水拒油整理的嘗試，并率先發(fā)表了以四氟乙烯乳液作為織物拒水拒油整理劑的專利。后來美國3M公司研制開發(fā)了以全氟羧酸鉻的絡(luò)合物為主要成份的織物整理劑，但很快被性能更好的含氟丙烯酸酯形成的聚合物所取代，并用于織物拒水拒油整理，推出的商品為Scotchguard，而后杜邦的Teflon，旭硝子的Asahi guard，大金工業(yè)株式會杜Unidync等相繼問世[11]，這些含氟拒水劑具有拒水、拒油性，而且不損害纖維原有的風(fēng)格，因此得到了迅速普及推廣，成為當(dāng)今拒水劑的主流。
國外最早將有機氟樹脂運用于尼龍、滌綸、滌/棉、棉等織物的拒水拒油整理報道較多，國內(nèi)在拒水性方面研究也有一些報道。
3·4 荷葉效應(yīng)在滌綸織物拒水拒油整理中的應(yīng)用
近30多年來，德國科學(xué)家通過掃描電鏡和原子力顯微鏡對荷葉等2萬種植物的葉面微觀結(jié)構(gòu)進行觀察，揭示了荷葉拒水自潔的原理，并申請了專利。根據(jù)荷葉效應(yīng) (Lotus-effect)原理，德國科學(xué)家已經(jīng)研制成功具有拒水自潔的建筑物表面涂料，而且從1999年開始上市銷售，具有同樣性能的瓦片也于2000年底上市銷售。具有荷葉效應(yīng)的服裝也正在研制中。由于荷葉效應(yīng)具有廣闊的應(yīng)用前景，并具有很高的商業(yè)價值，所以關(guān)鍵技術(shù)和原理都申請了專利，并嚴(yán)格保密。
荷葉效應(yīng)的秘密主要在于它的微觀結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)，而不在于它的化學(xué)成分。Holloway于1994年對荷葉等植物的表面化學(xué)成分進行了分析。所有植物表面都有一層表皮，表皮將植物與周圍環(huán)境隔開。所有植物的表皮主要成分都是埋置于多元酯母體內(nèi)的可溶性油脂，因此，植物的表皮都具有一定的拒水性。經(jīng)過對2萬種植物表面進行分析后發(fā)現(xiàn)，具有光滑表面的植物都沒有拒水自潔的功能，而具有粗糙表面的植物，都有一定的拒水作用，在所有的植物中，荷葉的拒水自潔作用最強，水在其表面的接觸角達到160.4°,除了荷葉外，芋頭葉和大頭菜葉的拒水自潔作用也很強，水在其上的接觸角分別達到160.3和159.7[3]。水在各種常用纖維表面上的接觸角如下表1所示。
從總體上看，沒有一種纖維使水在其表面的接觸角大于90°所以可以說，常用紡織纖維都不具有拒水能力。當(dāng)然，更不具有拒油的能力。
通過研究荷葉效應(yīng)的拒水自潔原理可知，具有高度拒水自潔的織物必須具備如下條件:(1)首先，使纖維表面具有基本的拒水性能 (即水與其表面的接觸角大于90°)。對于這一步，可以以通過納米技術(shù)、等離子處理技術(shù)和涂層浸軋技術(shù)達到。（如：利用高溫下有機過氧化）物等分解形成自由基，引發(fā)自由能較低的含硅或含氟的有機單體，對PET織物表面接枝改性。(2)要使織物具有粗糙的表。雖然織物表面本身是非常粗糙的，但這種粗糙結(jié)構(gòu)是以纖維為最小單位，遠大于納米結(jié)構(gòu)的要求。拒水自潔織物表面的粗糙應(yīng)是纖維表面的粗糙，該粗糙應(yīng)達到納米級水平。
因此，利用仿生學(xué)原理，將荷葉效應(yīng)原理應(yīng)用于滌綸織物的拒水拒油整理中，將可以研制出一種超強的拒水透氣紡織品。
4 發(fā)展前景
荷葉效應(yīng)能夠在理論上突破常規(guī)的拒水材科研制思路，將降低材料的表面能和產(chǎn)生微觀結(jié)構(gòu)的粗糙度結(jié)合起來，使織物的拒水、拒油性能提高，并使織物具有良好的透氣性。
美國科學(xué)家H.C.Von Baeye[16]認(rèn)為，荷葉效應(yīng)在織物拒水拒油整理方面應(yīng)用的研究成果具有廣闊應(yīng)用前景,超強拒水透氣織物，首先可以用在高科技領(lǐng)域中，例如：用于現(xiàn)代軍事和戰(zhàn)爭的服裝，除了遮風(fēng)擋雨，可以在惡劣的潮濕環(huán)境中，使戰(zhàn)士們保持干爽舒服，而且可以防止有毒液體的侵入。
隨著某些血液傳播疾病在世界范圍內(nèi)的肆虐橫行，可以用作保護醫(yī)務(wù)人員不受血載病菌侵害的醫(yī)用（血液）屏障織物。還可以用作生物保護服，可以保障開展危險性試驗研究的人員的安全和舒適，對于民用來說，更是制作風(fēng)雨衣和體育服裝的理想材料。所以，滌綸作為化學(xué)纖維中的最大品種及其具有優(yōu)良性能，利用荷葉效應(yīng)對其進行拒水拒油的差別化處理，將可研制出一種超強的拒水透氣的滌綸紡織品，廣泛地用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、民用等方面。
