纺织品的拒污、易去污性能及其测试

关键词：拒污 易去污 性能 测试

1  织物的沾污

1.1沾污的种类

      沾污是指油脂和颗粒状物质不必要地沉积在纤维构成的纺织品的表面或内部的现象^[1]。一般污物可分成三类：a、固体粒子(干污)，如泥土、尘埃、铁锈等，通常固体粒子是无机和有机的混合物；b、液状污物，这类污物主要是油脂类和脂肪类物质，如食物油脂、灰尘中的油脂、机械油脂及人体排出的油脂等；c、水溶性物质，这类污物主要是各种水溶性或半水溶性固体物质及着色物质，如盐、糖以及一些着色物质等。污物往往是以上几类的混合^[2]。

1.2污物的吸附

     纺织品沾污通常是上述污物沉积于纤维表面，有时污垢会渗入纤维表面或纤维束之间。沾污是纤维性能、污物性能以及污物与纤维相互作用等诸多因素综合作用的结果。污垢在纺织品上一般通过静电效应、物理接触及洗涤沾污而粘附。污垢主要吸附于纤维或纱线间、纤维表面的凹陷处、缝隙和毛细孔中，也有颗粒状污垢粘附于纤维表面的光滑部分，但这种粘附粒子大部分属“油粘附”。作为油性污一旦沾污纤维后，它们会在纤维上扩散，随着扩散的进行，使去除难度提高^[2]。

1.3织物的沾污原因

     织物沾污的原因一般有物理性吸附、化学性吸附、静电吸附和再沾污等^[3]。

     a、物理性吸附：织物在服用中与外界接触，发生污物的转移。如与皮肤、大气、其他衣服或物体的接触。污物粒子越小，比表面积就越大，沾污接触面也就越多，越易沾污。这种吸附作用与织物的组织、密度、纤维性能有关。稀疏织物，污物颗粒保持量多，紧密织物虽然不易积尘沾污，但清洗污尘较困难；织物表面平滑不易沾污，高低不平的织物凹陷部分容易积污；不规则截面的纤维较圆形截面的纤维易藏污。另外，当织物上有一层油脂或柔软的热塑性高聚物时，更会粘上污物。

     b、化学性吸附：悬浮和溶有污粒的液体透入纤维内部，污粒如果和纤维分子上的活性基做化学性的结合，以纤维作为固体溶剂而溶入其内，污粒固着于纤维^[1]。

     c、静电吸附：在没有与污物结合的情况下，静电效应会使织物沾污。其吸尘程度取决于纤维所带的电荷和电量。

     d、再沾污：在洗涤过程中，合纤织物由于疏水性，在水中的临界表面张力增加，形成了在水中污物再污染的可能。

     除上述情况外，另外如污粒的沉积、分子运动的扩散、惯性的碰撞等，这些作用都可以使织物沾污^[1]。总之，干状污物在织物上主要是机械吸附，而油性污物则藉机械力、化学力和静电力作用所致，一般常有伴随发生，其中液体污物作为颗粒的载体和粘结剂而使污物更为严重^[3]。

2  织物的拒污和易去污机理

2.1 织物的拒污

2.1.1拒污机理

     织物表面能越高，表面张力越大，织物越容易被润湿，即织物越容易被油污沾污。一般纺织纤维织物的表面张力都大于水和油污，因此很容易被沾污。若使织物拒水拒油，则必须使织物的临界表面张力低于水或油的表面张力。即通过降低纤维织物的表面张力，能在一定程度上提高织物的抗污性。

     固体污垢通常在织物表面不规则处和交叉点沉积，与纤维间的作用主要是机械吸附作用。油脂性污垢主要通过机械吸附力和化学力(范德华力和粘附力)与织物表面相结合^[1]。因此，可通过减少或消除静电引力(如抗静电整理），降低分子间作用力(如亲水化处理)、降低纤维与污物接触面积(如表面光滑化)等^[2]，使纤维表面能降低，减小污垢吸附力，削弱污垢的粘附力，从而改善污物的沾污^[1]。

2.1.2防污整理

    使纺织品具有防污性能的整理称为防污整理。织物防污整理技术主要有拒水拒油整理、防污尘整理、易去污整理。根据不同的织物原料和不同的使用目的，可选用适当的整理方法和整理剂^[1]。

2.2 织物的易去污

2.2.1易去污机理

     纺织品在使用过程中会逐渐沾污。理想的纺织品一旦沾污后，在正常的洗涤条件污垢应容易洗净，同时，织物不会吸附洗涤液中的污物而再沾污。使纺织品具有的这种性能称为易去污。

     吸附于织物上的污垢要脱离织物，除与洗涤的有关因素相关外，同样取决于织物的表面性质。当污物粘附于织物表面且结合力较强时，其污垢的接触角在0～90°；而当接触角大于90°,且逐渐增大时，结合力逐渐降低，当接触角到达180°时，污垢即可脱离织物。实际上，去污即是使接触角逐渐增大至180°，污垢(液污)“卷珠”而脱离织物。对非极性纤维(如合纤)表面引进亲水性基团或用亲水性聚合物进行纤维表面整理，即可提高纤维的易去污性，纤维的静电力也相应降低，从而减少颗粒污的沾污。除从表面能角度考虑去污，同时还必须重视动力学作用。缩短净洗的初始阶段，降低ZUI后净洗阶段织物上的含污量，这也是易去污整理的目的^[2]。

     易去污整理实际上是促进水向纤维内部和油污-纤维界面的扩散，由于促进了界面的水化，因而易使油污与纤维分离。水越易扩散，油污就越易脱落。而水的扩散取决于易去污剂的溶胀能力，而溶胀能力来源于其化学性能、亲水性、交联度及水洗温度等。当然，进水入后，使油污“卷珠”离去还需要一定的机械作用力。总的来说，只要使纤维亲水性增加，就能加快水的渗入，就能有利于去污^[2]。

     影响易去污性要素主要有两个方面，一是组成织物的纤维的亲水性，亲水性好的纤维易去污性能好。二是经化学处理后，织物上整理剂的极性大小，极性大的能够与水形成氢键的整理剂若附着于疏水性纤维的表面，那么在洗涤时，污物则比较容易去除^[3]。

     易去污整理主要从两方面加以解决，一是改善纤维的亲水性能，二是提高纤维在空气中的拒油污性能，即通过化学整理改善织物的表面性能，降低其在空气中的表面张力，从而使织物具有干防油污性；洗涤时，易去污整理剂中亲水性链段又会在织物表面定向排列，使其亲水化而产生去污和防止再沾污的作用^[4]。

2.2.2易去污整理

     易去污整理主要用于合成纤维及其混纺织物的整理，能赋予织物以良好的亲水性。易去污整理的方法就是在织物表面浸轧一层亲水性的高分子材料，如羟甲基纤维素、聚乙烯乙二醇和聚对苯二甲酸乙二醇酯的嵌段高聚物、丙烯酸含量大于20%的聚丙烯酸酯共聚物以及其他含有羟基、羧基、磺酸基等亲水基团的高聚物，以此来改善织物的易去污性。整理工艺流程一般为：浸渍法浸轧→预烘→焙烘。

2.3拒污与易去污的关系

     抗污要求表面张力降低，而易去污又希望亲水性提高，似乎抗污和易去污两者不可兼得。然而，近十几年来，随着化学助剂工业的发展，含有氟链段和聚氧乙烯链段的化合物的产生，使得氧乙烯链段干态时成螺旋形，而氟链段铺展于纤维表面，因而呈现有机氟表面特性，表面张力大大降低，拒油拒污性提高，然而当其在湿态或浸入水中时，氧乙烯链段的水化作用，使其铺展于纤维表面，呈现氧乙烯的表面特性，亲水性提高，从而有利于水的扩散和渗透，尤其是向纤维内部的渗透，使易去污性提高。因此，若用这种整理剂加工的织物既有拒污性又有易去污性^[2]。

3  纺织品的拒污和易去污标准和测试方法

3.1纺织品拒污性能标准和测试方法

3.1.1拒污性能检测标准

     纺织品拒污测试主要考核的是纺织品在一定条件下耐沾污或抵抗油滴及污物的能力。常见的拒油性测试也是拒污测试的一种。目前，关于纺织品拒污检测的主要标准见表1。

表1  国内外关于纺织品拒污检测标准

3.1.2拒污性能检测方法

      织物的拒污评价方法研究通常围绕防灰尘、再沾污性、污垢沾污等方面。飘浮在空气中的灰尘，被静电吸附于纺织品上。对由空气中飘浮污粒的自由带电而使灰尘附着的评价方法，可用集尘室的方法模拟进行。影响灰尘沾污测定的因素很多，包括空气温湿度、灰尘种类、形态、浓度、电荷状态等。但要将错综复杂的实际状况在实验室再现，是非常困难的。再沾污性评定主要是针对洗涤时，已清除的污物成分在洗液中再附着的现象，有关再沾污性的评价主要采用洗涤试验机的方法，用表面反射率来表示。污垢沾污就是选择适当的饮料、食物、化妆品、涂料、泥土、污布等滴或涂擦在试样上，经一定条件后，观察试样的污染程度^[5]。AATCC 118拒油测试和FZ/T 01066耐沾污性测试都是污垢沾污的评价方法。

3.1.2.1  AATCC 118-2007拒油性测试^[6]

     织物拒油性能是用一系列不同表面张力的液体来测定的。此法ZUI早是3M公司提出的，而AATCC 118-2007应用了8个表面张力依次降低的烃类液体同系物。其中以AATCC118-2007ZUI为常见。中国国家标准GB/T 19977-2005、国际标准ISO 1441-1998与AATCC 118的方法大体类似。

     测试时，将两块20cm×20cm的试样在规定条件下调湿至少4小时后，平放在白色吸水纸上，白色吸水纸放在一个光滑的水平面上。沿着试样纬向5个位置从ZUI低等级的试验液体开始，将油滴（油滴的直径大约为5 mm或约0.05mL）小心滴于样品上，油滴之间至少相距4.0cm。以约45°角观察液滴30±2s，如果试样和油滴接触面未发现渗透和润湿现象，则接着用较高等级的试验液体滴于样品上。试验连续进行，直至试样在30±2s内出现明显的润湿或吸液现象。织物的拒油等级以30s内不能润湿织物的ZUI高编号的试验液体表示。如果两块样品的拒油等级相同，则报告这个级数；如果两块样品的级数不同，需再测试第三块样品，第三块样品的结果与前两块样品的任何一个结果相同时，报告此相同的级数；如果第三块样品的级数与前两块样品都不同，报告中间级数。

     几种常用方法的拒油级别比较见表2^[2]。杜邦法和AATCC法是用1-8级的级别表示结果，3M法是用评分法表示结果。

3.1.2.2FZ/T 01066-1999涂层织物耐沾污性测定方法^[7]

     本标准适用于服用或室内装饰用涂层织物耐沾污性的测定。其原理是按规定方法和试验参数，将一种标准载污介质(标准污布)在马丁代尔型磨损试验仪上对涂层织物涂层面进行摩擦，用评定沾色用灰色样卡评价涂层面的沾污程度。

     剪取4块试样，尺寸应比磨台外径大20mm，取样位置应均匀地分布于整个样品，但在距布边50mm内不应取样。试样表面不应有影响试验结果的疵点存在。将试样在温度(20±2)℃，相对湿度(65±2)％的标准大气中调湿24h以上。

表2 拒油级别比较

     将4块试样分别同衬垫毛毡一起放在4个磨台上固定，所受张力应相同。取4块直径为38mm的标准污布，将沾污面朝外安置在磨头上。将磨头放在试样面上，使磨头产生对试样面的总压力为5831N(595gf)。开机后仪器运行达到2000次；调换新污布，再运行2000次；再调换新污布运行2000次，总计摩擦6000次。

    ZUI后将试样被沾污区域中的中心部位作为评级比较部位与评定沾色用灰色样卡比较，评定沾污等级。如果4块试样的评级结果存在差异，但ZUI大级差不超过l/2级时，试验结果以多数有相同评级结果的试样沾污等级表示。如果4块试样的评定结果成双相同，且级差不超过1/2级时，试验也可视为有效，但以其中较低的一个等级表示测定结果。

3.2 纺织品易去污性能标准和测试方法

3.2.1易去污性能检测标准

     纺织品易去污测试是将油滴或不同污物施加到织物上后，再进行一定条件的水洗，判断污迹残留状况。纺织品易去污检测的主要标准见表3。

表3  国内外关于纺织品易去污检测标准

     除表3所列的标准外，国际上一些大型买家、实验室等制定了自己的测试方法和评判标准，如Dupont、J.C.PENNY等。为了方便工厂生产过程中的质量控制和相关领域内的科学研究分析，国内外相继发展了一些易去污测试标准，并引入了标准测试油的概念。由于标准测试油和评级参照物的不同，不同标准测得的结果并无可比性。国内外部分现行易去污测试标准及其标准测试油、评级参照物见表4^[8]。

表4  国内外部分现行易去污测试标准和标准测试油

3.2.2易去污性能测试方法

     易去污实质是评价织物的净洗性，评价洗涤后将污物从织物清除的难易程度。一般采用人工污染布或衬衫衣领类的天然污染布的方法进行。用洗涤剂、表面活性剂或净洗剂、有机溶剂将污物去除，观察其残留情况。通常的评价方法有洗衣机法、Rando试验机法以及污垢去除法^[5]。AATCC 130和FZ/T 10012去污测试的方法属于污垢去除法。

3.2.2.1 AATCC 130-2000易去污测试方法^[9]

     该测试主要是测量织物经洗涤后油污清除的能力。测试时，将两块38×38cm大小的样品，在温度21±1℃，相对湿度65±2%条件下调湿4小时后，平放在单层的AATCC吸水纸上，用滴管滴5滴（约0.2ml）玉米油于样品表面，用3×3inch (7.6×7.6cm)的玻璃纸覆盖在油污部位，再用5.0±0.1lb(2.268±0.045kg)的重锤压在玻璃纸上放置60±5s，然后移开重锤，丢弃玻璃纸。需注意经油污处理的样布不能相互接触以转移污点。

     在弄污后20±5min内将样品放在洗涤用洗衣机中，按照样品材质选择适合洗涤温度进行洗涤。洗涤时使用高水位，加100±1g洗涤剂于洗衣机内，放入陪洗布使总荷重为4.00±0.15lb。每台洗衣机每次测试ZUI多的样布数量为30块。将洗衣机设定在Normal 档，运行12min测试时间后完成。取出所有陪洗布和样布放入干衣机。将干衣机设定为Normal档，设定45 min或至烘干为止。

     烘干后立即取出样布，平放以防止皱折，然后在4小时内，将样品与评级卡（图1所示的是一种AATCC去污评级参照卡）对照评级。每块织物各做两次评定，取四个结果的平均值作为ZUI后结果。报告结果时需说明使用的何种评级卡、水洗程序、采用的油类型，也需说明水的硬度、陪洗布类型、洗涤剂类型和所使用的洗衣机和干衣机。结果等级由1到5级，级数越高表示其油污残留越少，即去污性越佳；级数越小表示油污残留越多，即去污性差。

3.2.2.2 FZ/T 10012–1998涤棉织物易去污性能评定^[10]

      本标准适用于评定经易去污整理后涤棉织物的易去污性能，其他易去污整理的织物也可参照采用。涤棉织物的易去污性能分为优等品、一等品和合格品，分等规定见表5。

表5  涤棉织物易去污性能的分等规定

      测试时，在试验台上放置6块准备好的滤纸，再将未经洗涤和按洗涤程序洗涤15次的试样各3块，分别放在滤纸上。在试样的中心位置缓缓滴下0.2mL污油（管口距布面10-15mm)。在滴有污油的试样上加盖聚乙烯薄膜，在薄膜与污油接触处放上直径为64mm、质量为2.25kg的砝码，压1 min后取下砝码，移去薄膜。试样在室温下继续放置(20±3)min后进行沾油污的洗涤。

     洗涤方法：①沾油污前的洗涤：将6块试样在温度40℃，浴比1：30，洗涤剂浓度2g/L，洗涤135min(视为完成15次洗涤)。取出试样，用流动室温水冲洗10min，用手挤干水分，在60℃烘箱内烘干。②沾油污后的洗涤：将沾油污的6块试样放入洗衣机中，加入洗涤剂2g/L，浴比1：30，水容量不得少于26 L，如质量不足时用与试样相同的织物补足。水温(40±3)℃，保温洗涤12min，用室温清水漂洗2次，每次漂洗2min，脱水2min，然后在60℃烘箱中烘干。

     ZUI后用GB/T 250评定变色用灰色样卡，评定未洗涤和洗涤15次的试样的易去污级别，每次试验以沾污ZUI严重的为准。

4  质量要求

     美国ASTM D 4111-2002《家用及公用机织餐巾和台布用织物的标准性能规格》中规定，织物经5次洗涤后去污性≥4级。其它部分美欧公司的拒油、防污整理产品性能要求见表6^[11]。

表6  拒油、防污整理产品性能要求

     日常生活中，人们所接触到的污物达上百种，即使是做了一些重点选择，国外某杰出买家的易去污面料验收标准中所涉及的污物也有十几种（表7）。而在工厂生产过控中，要对这些污物全部进行测试，既不现实，也无必要^[8]。

表7  美国J.C. PENNY公司易去污面料验收标准（部分）

5  结语

     随着人们生活质量的提高，卫生舒适、洗涤保管方便的纺织品越来越受欢迎。随着国内外拒油和易去污产品的检测标准、测试方法和质量要求的逐步完善，为产品开发生产提供了依据和目标，也为我国功能性纺织品质量的进一步提高提供了保障。

参 考 文 献

[1] 吴坚,李淳等.家用纺织品检测手册.北京：中国纺织出版社，2004

[2] 罗巨涛,姜维利. 纺织品有机硅及有机氟整理.北京：中国纺织出版社，1999

[3] 陶乃杰.染整工程.北京：中国纺织出版社，1994

[4] 李兰香,刘伟. CVC面料易去污整理的工艺探讨.第六届国内印染后整理学术研讨会论文集,2005年

[5] [日]纤维性能评价研究委员会编.张亮恭等译校.纺织测试手册.北京：纺织工业出版社，1983

[6] AATCC 118-2007拒油性 抗碳氢化合物试验

[7] FZ/T 01066-1999涂层织物 耐沾污性测定方法

[8] 翟保京等.涤棉易去污整理织物的生产与评测.第六届国内印染后整理学术研讨会论文集,2005年

[9] AATCC 130-2000去污性：油渍清除法

[10] FZ/T 10012-1998 涤棉织物易去污性能评定

[11]高铭.拒水拒油和易去污整理纺织品与国际市场要求. 2007年亨斯迈国内染整新技术和环保化学品研讨会论文集.