拒水拒油
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拒水拒油. 组员:陈凯凯男,王一祯男,陈航杰男,朱刚男,陈贵龙男,尚小东男,周华章男 各位大姐多多包涵!!!!. 产品来由. Untreated and Nano-treated. 一、应用. 拒水拒油服装既能 抵御雨水、油迹、寒风的入侵,保护肌体 ,又能让人体的 汗液、汗气及时地排出 ,从而使人体保持干爽和温暖。 拒水拒油服装可以用于 劳动保护服装、军服、运动服 ,例如钻井、修井、物探、测井等接触油水介质频繁的工人的工作服,而且也可以用于制作风、雨衣。 应用在 装饰、产业 领域中的具有拒水拒油功能的 餐桌布、汽车防护罩、旅行包、旅行装、帐篷 等也备受青睐。

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Presentation Transcript
拒水拒油

组员:陈凯凯男,王一祯男,陈航杰男,朱刚男,陈贵龙男,尚小东男,周华章男

各位大姐多多包涵!!!!




一、应用

  • 拒水拒油服装既能抵御雨水、油迹、寒风的入侵,保护肌体,又能让人体的汗液、汗气及时地排出,从而使人体保持干爽和温暖。

  • 拒水拒油服装可以用于劳动保护服装、军服、运动服,例如钻井、修井、物探、测井等接触油水介质频繁的工人的工作服,而且也可以用于制作风、雨衣。

  • 应用在装饰、产业领域中的具有拒水拒油功能的餐桌布、汽车防护罩、旅行包、旅行装、帐篷等也备受青睐。

  • 因此它具有广阔的发展前景。


市场状况

  • 世界最大服装零售商GAP公司

  • 世界最大的零售商沃尔玛公司

  • 美国零售巨头Target公司

  • 欧洲零售巨头H&M公司

  • 世界著名服装制造商贝那通(Benetton)公司

  • 每年在我国均有相当数量的拒水、拒油和易去污整理的功能纺织品的生产采购。


二、荷叶效应

  • 荷叶的“自洁性”源于其表面的微细结构.

  • 荷叶表面有许多乳头状凸起,凸起部分的高度为5 ~10μm,凸起之间的间隙为10~15μm,乳头状的表面又被许多直径为1 nm 蜡质晶体所覆盖.

荷叶的表面微观结构


在这些微小的凹凸之间,储存着大量的空气.

当水滴落到荷叶上时,由于空气层、乳头状突起和蜡质层的共同托持作用,使得水滴不能渗透,而能自由滚动.

荷叶的自洁原理示意图


荷叶拒水必须具有以下条件:

(1)表面材料必须拒水,水在其表面接触角必须大于90

(2)表面必须是粗糙的,而且粗糙程度必须是纳米水平或接近纳米水平。


拒水、拒油和易去污整理的本质是在织物表面施加一层特殊结构的物质,使其高能表面变为低能表面,以此获得具有拒水、拒油、易去污效果的织物,且表面能愈小效果愈好。

一般“三防”整理是通过控制表面粗糙度与降低表面能,使与水或油的接触角高于120º来达到拒水拒油的效果。


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。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。

液滴在固体表面上受到下列平衡力的作用,三相交界点的合力为零。

三、拒水拒油原理


  • 表面能: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。物质的表面具有表面张力σ,在恒温恒压下可逆地增大表面积dA,则需功σdA,因为所需的功等于物系自由能的增加,且这一增加是由于物系的表面积增大所致

  • 界面能:又称总表面能,是在恒温恒压条件下增加单位界面体系(或表面体系)内能的增量


  • 当一滴液体滴在某一固体表面上时,会出现如下情况:当一滴液体滴在某一固体表面上时,会出现如下情况:

    (1)液体有可能完全铺展在固体表面上形成一层水膜,这种情况为液体完全湿润固体。如图1中(a)所示。

    (2)液体有可能成水滴状。在这种情况下,由固体表面和液体边缘切线形成一个夹角θ,这个角称为接触角。

  • 当0º< θ <90º时,如图1中(b)所示,液体部分湿润固体;

  • 当90º< θ < 18Oº,如图1中(c)所示,液体不湿润固体。


当液滴落在织物表面上时,只会出现两种情况:当液滴落在织物表面上时,只会出现两种情况:

(1)当接触角小于90º时,液滴开始呈图b的形状,但在极短的时间后,液滴就会向四周扩散并渗入织物中。

(2)当接触角大于90º时,液滴呈图c的形状。接触角越大,保持的时间越长。织物倾斜时,液滴会滚落。


根据当液滴落在织物表面上时,只会出现两种情况:Young方程式:

拒水、拒油的条件是固体的界面张力必须小于液体的表面张力

3.1 润湿方程


从表当液滴落在织物表面上时,只会出现两种情况:1中可看出,不同的测定者,数据是有差异的。但从总体上看,没有一种纤维使水在其表面的接触角大于90º。所以常用纺织纤维都不具有拒水能力。当然,更不具有拒油的能力。


3.3当液滴落在织物表面上时,只会出现两种情况:临界表面张力

  • 固体的界面张力一般都用外推法间接测定,这种方法测定的固体的界面张力称为固体的临界表面张力γc。

  • 表面张力低于固体的γc的液体,能在该固体表面随意铺展和润湿,而表面张力高于固体γc的液体,则在固体表面形成不连续的液滴,其接触角大于零。


固体临界表面张力当液滴落在织物表面上时,只会出现两种情况:γc 的物理意义在于,只有表面张力低于γc 的液体,才能在该固体表面铺展,而表面张力高于γc 的液体,则在固体表面形成不连续的液滴,其接触角大于零。

表2是一些常见聚合物的临界表面张力γc

表3是一些常见液体的表面张力。


当液滴落在织物表面上时,只会出现两种情况:2 一些常见聚合物的临界表面张力


当液滴落在织物表面上时,只会出现两种情况:3 一些常见液体的表面张力


  • 雨水的表面张力为 当液滴落在织物表面上时,只会出现两种情况:53 mN/m ,一般油类的表面张力为 20~30 mN/m

  • 织物拒水:表面张力<53 mN/m

  • 织物拒油:表面张力<20~30 mN/m

  • 一般的纤维或纺织品既不能拒油也不能拒水。


E. G. Shafrin 当液滴落在织物表面上时,只会出现两种情况:等提出了“可润湿性组成定律”, 强调了表面组织对润湿行为的影响。

认为:有机物表面的可润湿性由固体表面的原子或暴露的原子团的性质和堆集状态所决定,与内部原子或分子的性质和排列无关。


当液滴落在织物表面上时,只会出现两种情况:4 低表面能的原子团及其临界表面张力


其他影响因素当液滴落在织物表面上时,只会出现两种情况:

  • 液体如水或油的润湿和渗透,不仅取决于织物中纤维表面的化学性能,还与织物的几何形状、表面粗糙度、织物毛细管间隙的大小以及织物上残留的其他物质有关。


3.4 当液滴落在织物表面上时,只会出现两种情况:表面粗糙度对拒水拒油的影响


固体表面粗糙度可用液滴在固体表面上的真实或实际接触面积(固体表面粗糙度可用液滴在固体表面上的真实或实际接触面积(A0)与表观或投影接触面积(Ar)之比来表示,

即 r = A0/Ar

粗糙度 r 越大,表面越不平。

表面粗糙不仅影响接触角滞后,而且影响所测量的接触角的数值

r = A0/Ar=cosθ’/cosθ

(θ’为实测接触角)


粗糙表面的 固体表面粗糙度可用液滴在固体表面上的真实或实际接触面积(cosθ’的绝对值总是比光滑表面的大 ,即r总是大于1;

若0<θ<90, θ’ < θ

若90< θ, θ’ >θ

即液滴在光滑表面上的接触角小于 90°,则在粗糙表面上的接触角将更小;

即液滴在光滑表面上的接触角大于 90°,则在粗糙表面上的接触角将更大。

也即:一个水不能润湿的光滑表面,如表面粗糙则水更不易润湿;

一个水能润湿的光滑表面,如表面粗糙则水更易润湿。

例如:经拒水整理的绒面织物,其拒水效果格外优良。


3.5 固体表面粗糙度可用液滴在固体表面上的真实或实际接触面积(防水和拒水整理区别

(1)防水整理

  • 原理

    在织物表面涂有一层不溶于水的薄膜,使处理后的织物不透水。

  • 方法

    • 一般防水涂层

      • 不透水,也不透气

      • 适用于工业用品

    • 防水透湿涂层

      • 不透水,但透气也透湿

      • 适用于服用织物


原理固体表面粗糙度可用液滴在固体表面上的真实或实际接触面积(

在织物上施加拒水整理剂,改变纤维表面性能,使织物不易被水润湿,但仍能透气。

拒水整理方法

不耐久性拒水整理——耐5次以下洗涤

半耐久性拒水整理——耐5~30次洗涤

耐久性拒水整理——耐30次以上洗涤

(2) 拒水整理


3.6 固体表面粗糙度可用液滴在固体表面上的真实或实际接触面积(拒油整理和易去污整理

(1)拒油整理

  • 当织物通过油类液体而不被油润湿时,就称该织物具有拒油性能或防油性能。

  • 为使织物具有这种防油类沾污特殊性能所使用的助剂就是拒油剂。

  • 拒油原理和拒水原理极为相似,都是改变纤维表面性能,使其临界表面张力降低。


而拒水整理比拒油整理简单,只要使纤维表面经表面改性后对表面张力较大的水(而拒水整理比拒油整理简单,只要使纤维表面经表面改性后对表面张力较大的水(70.6mN/m)能产生较大的接触角,就能达到拒水的目的;

而拒油整理是使纤维表面改性后临界表面张力大幅度下降,对表面张力较小的油(20 ~40mN/m)也产生较大的接触角,使纤维产生拒油的效果。


拒油整理剂结构而拒水整理比拒油整理简单,只要使纤维表面经表面改性后对表面张力较大的水(

有机氟化合物

工艺

浸轧有机氟整理剂乳液—预烘—焙烘—平洗—烘干


而拒水整理比拒油整理简单,只要使纤维表面经表面改性后对表面张力较大的水(2)易去污整理

适用织物:合纤及其混纺织物

目的

使沾污在织物上的污物易于去除

减少洗液中的污垢对织物的再沾污

方法

提高纤维的亲水性

易去污整理剂

聚环氧乙烷嵌段共聚物

丙烯酸共聚物


四、拒水、拒油整理剂而拒水整理比拒油整理简单,只要使纤维表面经表面改性后对表面张力较大的水(

  • 国内外生产和使用的主要有以下几种:

    1)铝皂和鋯皂;

    2)蜡和蜡状物;

    3)吡啶类衍生物(毒性);

    4)羟甲基三聚氰胺衍生物;

    5)有机硅型;

    6)含氟化合物


拒水剂一般选用烷基(-而拒水整理比拒油整理简单,只要使纤维表面经表面改性后对表面张力较大的水(CnH2n+1, n>16)为拒水基团,

拒油剂必须选用全氟烷基( -CnF2n+1, n>7)为拒油基团。


采用而拒水整理比拒油整理简单,只要使纤维表面经表面改性后对表面张力较大的水(聚二甲基硅氧烷作为拒水整理剂时,在纤维表面形成柔性薄膜,具有良好的拒水透气性,因其无活性基团,与织物粘结性差,耐洗性能差。

聚甲基氢硅氧烷中硅氢键具有较大的活性,在催化剂下,易水解,形成硅羟基键,可自身脱水缩合,交联成弹性膜,或与纤维素上的羟基反应形成醚键,可赋予织物耐洗涤的拒水性能。但其手感粗糙,薄膜呈脆性,不能单独使用,必须与聚二甲基硅氧烷混合使用。


有机硅拒水整理工艺举例而拒水整理比拒油整理简单,只要使纤维表面经表面改性后对表面张力较大的水(

  • 浸轧液组成(g):

    甲基含氢硅烷乳液 30

    羟基硅烷乳液 70

    胺基环氧交联剂 14.2

    结晶醋酸锌 10.8

    二氯氧化鋯 5.4

    乙醇胺 4.5

    加水至 1000

    整理工艺:

    二浸二轧(轧余率70%) 烘干(100-105℃) 焙烘

    水洗 皂洗 水洗 烘干

(150-160℃5-7min)


4.2而拒水整理比拒油整理简单,只要使纤维表面经表面改性后对表面张力较大的水(含氟化合物

  • 氟原子电负性大,直径小,键能高,含有大量碳氟键的化合物间凝聚力小,使其表面能显著减低,变现出优异的疏水疏油性。

  • 美国杜邦公司于20世纪50年代最先进行了氟聚合物织物拒水拒油整理的的尝试,

  • 随后3M公司研发了以全氟羧酸铬络合物为主要成分的织物整理剂,

  • 但很快便被性能更好的含氟丙烯酸酯聚合物所取代,成为当今拒水、拒油和防污整理剂的主流。


5.2 而拒水整理比拒油整理简单,只要使纤维表面经表面改性后对表面张力较大的水(氟碳化合物浸轧法整理

  • 目前市场上常见的拒水、拒油氟碳化合物主要有:

    美国杜邦公司的Zepel1588和Teflon,

    日本旭硝子的AG480和AG710,

    日本大金公司的TG410、TG527,

    日本日华的EC5O,

    一般采用轧烘焙工艺:

    浸轧织物(轧余率70~80%)→预烘(80~100℃,5~10min)→焙烘(150~170℃,2~3min)

  • 整理液用冰醋酸调至pH=3~7。


5.3 而拒水整理比拒油整理简单,只要使纤维表面经表面改性后对表面张力较大的水(涂层整理

  • 采用涂层技术是实现拒水、防水整理的常用手段

  • 目前织物涂层整理剂主要有聚丙烯酸酯、聚氨酯、有机硅弹性体和聚氯乙稀树脂等类型,其中水溶性聚氨酯类涂层胶应用较为广泛。

  • 涂层可以显著提高织物的耐静水压指标,但要考虑对透湿量和手感的影响,为了获得较好的整理效果,可采用拒水浸轧整理与涂层整理相结合的工艺。

    工艺流程:

    半成品→浸轧拒水整理剂(轧余率65%)→预烘(102℃)→拉幅烘干(135℃)→涂层→烘干(98-102℃)→焙烘(160℃,2min)→整装


6.2而拒水整理比拒油整理简单,只要使纤维表面经表面改性后对表面张力较大的水(拒油等级测试

  • 拒油等级测试大多采用AATCC118—1992标准。

  • 首先是用最低编号的实验液体,以0.05mL液体小心滴于织物上,如果在30s内无渗透和润湿现象发生,则紧接着用较高编号的实验液体滴于织物上。实验连续进行,直至实验液体在30s内润湿液滴下方和周围的织物为止。织物的拒油等级以30s内不能润湿织物的最高编号的实验液体表示。


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