超疏水纺织品自清洁性能测试方法的研究_张清山(1)

检验・科技Inspection & Sicence1 引言超疏水纺织品作为自清洁纺织品中的一类，它是通过各类拒水拒油整理剂对纺织品进行功能后整理，改变纤维的表面性能，使纤维的表面张力低于水、油的表面张力，使得水滴以及油污无法在织物表面铺展且可以轻易抖落，而且水滴在滑落的过程中还可带走织物表面原有的灰尘，从而达到纺织品自清洁的目的。

目前常用的是含氟类拒水拒油整理剂。

关于超疏水纺织品，目前评价其抵抗液体污物润湿性能的标准主要有GB/T 4745—1997《纺织织物表面抗湿性测定沾水试验》[1]、GB/T 19977—2005《纺织品拒油性抗碳氢化合物试验》[2]及FZ/T 24012—2010《拒水、拒油、抗污羊绒针织品》附录A[3]，其中拒油性及抗污性测试过程类似，均采取滴加液滴、评级的形式，而沾水试验则采取喷淋、评级的形式，这些标准中的测试方法虽然可以评价纺织品抵抗相应液滴润湿的能力，但是无法直观体现超疏水自清洁纺织品在液滴滑落过程中的沾污程度以及水滴滑落过程中带走织物表面原有污物的能力，本文通过自建测试标准体系对这一问题进行系统研究。

2 试验2.1 试样试验中选取了10个试样进行测试，其详细参数详见表1。

表1 试验试样的参数2.2 试剂三级水、食用醋、玉米油、炭黑（粒径小于40μm）、GB/T 19977—2005《纺织品拒油性抗碳氢化合物试验》中使用的标准油试液。

2.3 自建测试标准体系针对现有超疏水纺织品测试标准的不足，为了能够评价自清洁纺织品的自清洁性能，经参考相关纺织品测试标准，自建测试标准体系[4]如下：2.3.1 织物未经炭黑沾污处理参照GB/T 4745—1997，用试样夹持器夹紧试样，放超疏水纺织品自清洁性能测试方法的研究Study on the Self-Cleaning Performance Testing Method Of Super-Hydrophobic Textiles文/张清山摘要：本文运用炭黑的沾污性能，自建测试标准体系，应用于超疏水纺织品的自清洁性能的测定。

通过测试10种试样的沾水、拒油、抗污性能，以及利用自建测试标准体系测试其自清洁等级，发现超疏水织物的自清洁性能与其拒水、拒油、抗污性能具有直接的关系，同时证明自建测试标准体系可以很恰当地、直观地表征超疏水纺织品的自清洁性能。

关键词：超疏水纺织品；自清洁性能；自建测试标准体系80中国纤检 2013年 5月（下）检验・科技Inspection & Sicence在支座上，试验时织物正面朝上。

除另有要求，应将试样经向与液体流向平行。

使用移液管移取1mL液体（应保证1mL三级水在移液管中持续滴加时间在3s～7s之间），液体分别有三级水、食用醋、玉米油，使用不同液体测试时移液管应分开使用，将移液管垂直置于支座中心15cm上方，使液体持续滴落，液体滴完后迅速将夹持器连同试样一起拿开，使织物正面向下几乎呈水平。

然后对着一个硬物轻轻敲打两次（在绷框径向上相对的两点各一次），敲打后，试样仍在夹持器上，根据观察到的试样润湿及沾污程度，用最接近下列文字描述表示的级别来评定其等级，可评中间等级。

自清洁等级：1级——1mL液体在织物表面全部渗透润湿；2级——织物表面滴落处润湿、液体滑落处部分润湿；3级——织物表面滴落处润湿、液体滑落处未润湿；4级——织物表面没有润湿，但沾有小液珠；5级——织物表面没有润湿，也未沾有小液珠。

2.3.2 织物经炭黑沾污处理将100g的炭黑置于大小20cm×20cm的平底盘中，来回晃动使炭黑平铺均匀，将试样测试面朝下与炭黑接触，施加一重物（圆柱形、直径100mm、重0.25kg）在织物中心面上，保证压力均匀，施加30s±2s后，取出试样，用试样夹持器夹紧试样，保证织物沾污处位于夹持器中心，放在支座上，试验时织物正面朝上。

除另有要求，应将试样经向与液体流向平行。

使用移液管移取1mL三级水（应保证1mL三级水在移液管中持续滴加时间在3s～7s之间），将移液管垂直置于支座中心15cm上方，使液体持续滴落，液体滴完后观察试样表面受淋处炭黑去除程度，用最接近下列文字描述表示的级别来评定其等级，可评中间等级。

自清洁等级：1级——水滴与织物接触面炭黑未去除；2级——水滴与织物接触面有五分之二的炭黑去除；3级——水滴与织物接触面有五分之三的炭黑去除；4级——水滴与织物接触面有五分之四的炭黑去除；5级——水滴与织物接触面炭黑完全去除。

3 结果与讨论3.1 不同织物的沾水等级、拒油等级和抗污等级比较超疏水纺织品具有一定的自清洁性能，其作用原理主要是使纤维的表面张力低于水、油的表面张力，使得水滴以及油污无法在织物表面铺展且可以轻易抖落，而且水滴在滑落的过程中还可带走织物表面原有的灰尘，从而达到纺织品自清洁的目的。

由理论可知，液滴在固体表面上的接触角主要决定于固体和液体的表面能以及液体与固体的界面能[5]。

根据Young润湿方程式：γSL-γS+γL cosθ= 0式中: γS——固体与气体界面的表面能（即固体表面能）；γL——液体与气体界面的表面能(即液体表面能)；γSL——液体与固体界面的表面能。

γS一定时，γL越小，θ越小，液体越容易湿润固体。

水的表面能约为72mJ/m2，常见油类的表面能为20m J/m2～40m J/m2，而其他的液体污物，如酱油、食用醋、牛奶等的表面能一般介于水与油之间，由此可知油的润湿能力远大于水，而酱油、食用醋、牛奶的润湿能力位居油、水中间，因此在同样的条件下拒油的织物一定拒水。

目前，表面能最低的织物整理剂是氟碳化合物整理剂。

用氟碳化合物整理的织物表面能可以降低到10 mJ/m2～15mJ/m2，经整理后，织物不仅拒水，而且拒油。

研究中发现超疏水纺织品自清洁性能[6-7]与拒水、拒油、抗污性能有一定的关系，因此参照GB/T 4745—1997《纺织织物表面抗湿性测定沾水试验》、GB/T 19977—2005《纺织品拒油性抗碳氢化合物试验》及FZ/T 24012—2010《拒水、拒油、抗污羊绒针织品》附录A的标准方法，试验结果见表2。

表2 不同试样的沾水等级、拒油等级和抗污等级由表3数据可知：不同试样的沾水等级、拒油等级和抗污等级各不相同，这主要与试样自身的纤维组成、结构、后整理等相关。

其中2#、4#、10#试样的沾水等级、拒油等级、抗污等级均为最低，表明样品未能抵抗相应液滴的润湿，易沾污；而3#试样的沾水等级与拒油等级虽然都较低，但是抗污等级为3级，主要是因为3#试样经过起绒整理，其表面的绒毛在一定程度上延缓了液滴的渗透润812013年 5月（下） 中国纤检湿速度，在30s内只润湿了1/3，但是当测试时间延长到50s 左右，食用醋即可完全润湿，因此3#试样的实际抗污性能也与抗污性能的测试方法息息相关。

由于2#、3#、4#、10#试样主要成分是棉纤维，而且未经后整理加工处理，所以抵抗液滴润湿的能力均较差。

表中，6#、7#、8#试样经过测试后，沾水等级、抗污等级均为5级，拒油等级分别为5.5级、6级、7级，表明试样具有很好的拒水、抗污能力，也表现出较好的拒油性能，分析原因可能是三者均经过低表面能试剂的整理加工，提高了织物抵抗液体污物的润湿沾污能力；对于1#、5#、9#试样，拒油等级均为0.5级，而对应的沾水等级、抗污等级约在3级左右，其中9#试样为4级，说明上述3个试样的拒油性能较差，但具有较好的拒水、抗污性能，这可能与其经过有机硅试剂整理有关，导致织物表面能降低到30mJ/m2～40mJ/m2，出现可以拒水、抗污，但不能拒油的现象[8]。

3.2 不同织物的自清洁等级比较参照2.3中自建的测试标准体系对10个试样进行自清洁等级的测试，测试结果如表3所示。

表3 不同试样的自清洁等级由表4数据可知：用液体污物在织物上的沾污程度和水滴在滑落过程中带走织物自身固体污物的程度来表征超疏水织物自清洁性能，两者之间具有一定的关系。

对于2#、3#、4#、10#试样，按照自建体系的评级标准评级，所得到的级数均较低，特别是10#试样，三级水、玉米油和食用醋的沾污等级均为1级，表示1mL液体在织物表面全部渗透润湿；水滴在滑落过程中带走织物自身炭黑的能力评级也是1级，表示水滴与织物接触面炭黑未去除，由此证明该样品不具有自清洁性能；3#试样在自建测试标准的试验过程中也较易沾污表面，与该样品的沾水、拒油和抗污试验结果一致，推测也与自身表面所含有的绒毛及未经后整理有关；对于6#、7#、8#试样，其自清洁等级均在3.5级以上（最高为5级），表明该试样具有较好的自清洁性能；而对于1#、5#、9#试样，其自清洁等级差异较大，这可能与其经过有机硅试剂整理，未能达到超疏水织物的要求有关。

综合表3、表4的试验数据可以发现：当织物具有较好的拒水、抗污、拒油性能时，其自清洁性能也较好；而当织物的拒水、抗污、拒油性能较差时，其自清洁性能也较差；对于表面具有较多绒毛或类似风格的织物，其自清洁性能一般也较差，这通过自建测试标准评价体系可直观体现。

4 结论1）织物拒油性能好，其拒水、抗污性能也好；织物拒水性能差，其拒油、抗污性能也差；织物拒油性能差，不代表其拒水、抗污性能也差。

2）超疏水织物的自清洁性能与其拒水、拒油、抗污性能具有直接的关系。

当织物具有较好的拒水、抗污、拒油性能时，其自清洁性能也较好；而当织物的拒水、抗污、拒油性能较差时，其自清洁性能也较差。

3）针对目前超疏水纺织品自清洁标准的缺失状况，利用炭黑，独创性地设计了一套自建测试标准体系，经过实际测试检验，可以很恰当地、直观地表征织物的自清洁能力。

参考文献：[1] GB/T 4745—1997 纺织织物表面抗湿性测定沾水试验[S].[2] GB/T 19977—2005纺织品拒油性抗碳氢化合物试验[S].[3] FZ/T 24012—2010拒水、拒油、抗污羊绒针织品[S].[4] 张路遥，张健飞，杜伟. 纳米光触媒自清洁纺织品及其标准化评价[J]. 山东纺织科技，2007（5）：47-49. [5] 尉霞，顾振亚，范立红，等. 超细纤维仿荷叶织物的研究[J]. 纺织学报，2005，26（5）：55-57.[6] A. Bozzi，T. Yuran ova，J. Kiwi. Self-cleaning of wool、polyamide and polyester textiles by TiO2rutile modification under daylight irradiation at ambient[J]. Temperature, Journal of Photochemistry and Photobiology A:Chemistry, 2005, (172): 27-34.[7] A. Bozzi，T. Yuran ova，I. Guasaquillo，D. Laub andJ. Kiwi. Self-cleaning of modified cotton textiles by TiO2at low temperatures under daylight irradiation[J]. Temperature, Journal of Photochemistry and Photobiology A:Chemistry, 2005, (25) :156-164.[8]狄剑锋.织物拒水拒油整理及其性能检测[J].上海纺织科技，2003，31（4）：52-54.(作者单位：福建省纤维检验局)检验・科技Inspection & Sicence袆82中国纤检 2013年 5月（下）。