擇要：論述了通過(guò)使用真空、溫度、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等條件對(duì)不夾雜學(xué)質(zhì)料進(jìn)行真空聚合形成的疏水膜層的技術(shù)特性和應(yīng)用，并對(duì)膜層特性、面料防水性能等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行了描述和分析。使用水滴接觸角測(cè)量?jī)x，掃描電鏡（SEM）,對(duì)制備的納米級(jí)厚度的聚合物珍愛膜進(jìn)行了檢測(cè)和分析。效果注解鍍膜對(duì)面料及紙張的纖維包裹性優(yōu)秀，厚度均勻，疏水性能優(yōu)秀。同時(shí)并未影響材料原有的特征。

關(guān)鍵詞： 真空納米鍍膜 聚合物 水接觸角

Application of Vacuum Nano-Coating Technology on Textile Fabric hydrophobicity
Zheng Liang Sun Jian Ming
Beijing Jia Run Power Tech., Ltd. (JRP)
Abstract: The technical characteristics and application of hydrophobic film layer which polymerized under conditions of vacuum, temperature, electric field, magenetic field, and different chemical raw material are discussed. And the experiments of film layer characteristics, textile fabric hydrophobicity performance are carried out. Meanwhile the experimental results are described and analyzed. By using Water Contact Angle Measuring Instrument and SEM, the prepared nano-scale polymerized protective film is detected and analyzed. The results show that the coating on the textile fabric and paper fiber wrapped well, and with uniform thickness and good hydrophobic performance. At the same time the original characteristics of the material are not affected.
Key Words: Vacuum Nano Coating Polymer Water Contact Angle Measuring Instrument
1、 弁言
      人類大約在公元前5000年埃及開始用麻織布，公元前3000年印度開始使用棉花，近代發(fā)明化纖面料，服裝材料的發(fā)展與紡織工業(yè)的發(fā)展是緊密聯(lián)系在一路的。紡織品從手工生產(chǎn)到機(jī)械生產(chǎn)的提高和材料技術(shù)的發(fā)展都使服裝材料賡續(xù)的更新?lián)Q代。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，陸續(xù)賦予了紡織品防水，防蛀、防縮、防污和阻燃等性能，從而為服裝增加了很多新功能。隨著時(shí)代的發(fā)展和科學(xué)的提高，消耗者審美意識(shí)與知識(shí)結(jié)構(gòu)的改變，消耗者對(duì)服裝的各種需求也賡續(xù)發(fā)生著轉(zhuǎn)變。人們盼望服裝面料既能夠防水、防油、防污及其他臟物，同時(shí)又保持原有的使用和舒適特征。

       目前國(guó)際上有一些技術(shù)能做到使服裝面料在部分保持原有的面料特征的同時(shí)，又能夠防水、防油、防污及其他臟物，這些技術(shù)大致可以分為以下三種：一、通過(guò)纖維遇水膨脹來(lái)實(shí)現(xiàn)防水。最早的防水織物是聞名的文泰爾(Ventile)織物。當(dāng)織物干燥時(shí)，經(jīng)緯紗線間的間隙較大，大約10微米，能提供高度透濕的結(jié)構(gòu)；當(dāng)雨或水淋織物時(shí)，棉紗膨脹，使得紗線間的間隙減至3～4微米，這一閉孔機(jī)制同特別的拒水整理相結(jié)合，保證織物不被雨水進(jìn)一步滲透。目前該類面料早已被其它防水透濕面料所庖代。杜邦、日本東麗等國(guó)際大公司研究的通過(guò)纖維內(nèi)部制造出孔道的方式實(shí)現(xiàn)將汗水排出體外，也就是市場(chǎng)上的吸濕排汗面料，叫Coolmax類面料。該類纖維生產(chǎn)技術(shù)集中在這類國(guó)際大公司手上，但是存在面料透氣性降落、柔軟性變差、 舒適性變差、價(jià)格相對(duì)較高，難以成為市場(chǎng)的主流。

 

二、通過(guò)涂層來(lái)實(shí)現(xiàn)防水。采用涂層工藝技術(shù)，將各種各樣具有防水功能的涂層劑涂敷在織物的外觀上，使織物外觀孔隙被涂層劑封閉或減小到肯定程度，從而得到防水性。涂層面料的價(jià)格低，而被廣泛使用。但是因?yàn)槠浞浪笣裥阅茌^差，遇高溫會(huì)變硬，時(shí)間久了會(huì)老化，緊張污垢無(wú)法徹底洗凈，涂層容易在洗滌過(guò)程中產(chǎn)生開裂，手感也不能令人寫意，市場(chǎng)占據(jù)率正在漸漸的削減。

 

三、通過(guò)層壓防水膜來(lái)實(shí)現(xiàn)防水。美國(guó)GORE公司行使聚四氟乙烯(PTFE)成為第一家生產(chǎn)出該膜的公司，與織物進(jìn)行復(fù)合層壓后取商品名為GORE-TEX。但是因?yàn)镻TFE具有特別很是強(qiáng)的化學(xué)惰性，幾乎沒有什么材料可以將它與其它織物很好地層壓在一路，第一代面料牢度特別很是差。后來(lái)，經(jīng)過(guò)賡續(xù)的努力，通過(guò)與其它親水薄膜層壓在一路成為復(fù)合薄膜，并在膜上進(jìn)行特別處理，牢度才進(jìn)步。雖然PTFE面料防水透濕性能較其它面料出色，但是，也因?yàn)槠渥约旱幕瘜W(xué)惰性，薄膜難以被天然界降解，燃燒溫度高達(dá)405℃，大規(guī)模的應(yīng)用使得GORE-TEX逐步成為環(huán)境的殺手。當(dāng)今低碳綠色環(huán)保已成為國(guó)際社會(huì)的共識(shí)，GORE-TEX的環(huán)保題目將是其發(fā)展的瓶頸，但其水洗牢度仍需進(jìn)步，假如沒有與親水性薄膜復(fù)合，水洗牢度一樣平常只能5次左右。同時(shí)通過(guò)層壓后，面料的懸垂性、透氣性、柔軟性、貼身性和輕巧性有肯定的損失。 鑒于以上的這些情況，各國(guó)的科研工作者和業(yè)內(nèi)人士都在謀求透氣性更好、穿著更舒適、生產(chǎn)工藝更簡(jiǎn)便的防水面料技術(shù)。北京嘉潤(rùn)通力科技有限公司（JRP）多年來(lái)一向致力于真空鍍膜技術(shù)的探索和研究，基于對(duì)真空鍍膜技術(shù)以及材料科學(xué)的理解和掌握，公司做了大量針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)，成功研發(fā)出了在棉，麻，毛等面料上的納米級(jí)鍍膜。實(shí)現(xiàn)了對(duì)面料單個(gè)纖維的包裹從而使面料具有防水防污的特征。經(jīng)過(guò)JRP真空納米鍍膜技術(shù)處理不但可以讓織物具備極佳的防水疏水功能，同時(shí)可很好地保持織物原有的特征（保暖性，透氣性，舒適性，輕巧性，等）。因?yàn)槭羌{米級(jí)鍍膜，所以材料用量很少而且可以采用廉價(jià)的材料，因此具有低成本的上風(fēng)。更緊張的是整個(gè)處理過(guò)程不會(huì)有不良副產(chǎn)物的產(chǎn)生，是綠色環(huán)保的，而且膜層自己也具有穩(wěn)固不易分解的特征。 

 

2.JRP 真空納米鍍膜 2.1 JRP 真空納米鍍膜介紹

      JRP ® 納米鍍膜技術(shù)是在真空環(huán)境下，以適當(dāng)?shù)恼婵斩?、溫度、電?chǎng)和磁場(chǎng)等各種條件催化下，將單種或多種工藝氣體部分分解成自由基和原子并帶電，然后聚合在目標(biāo)材料上，從而在材料上生長(zhǎng)出一層或者多層納米級(jí)超薄聚合物的技術(shù)。

      我們知道，在真空環(huán)境下氣體分子密度比較小，在成膜時(shí)分子沉積后排列比較致密、厚度薄、對(duì)目標(biāo)材料的滲透性好。在真空、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、溫度等環(huán)境下，工藝氣體材料會(huì)離子化，產(chǎn)生定向活動(dòng)，當(dāng)我們把面料置于離子活動(dòng)的路徑上，并在面料四周設(shè)定聚合條件，氣體離子就會(huì)沉積在面料上，并且沉積的速度快。根據(jù)不同功能的膜層必要，可以通過(guò)調(diào)整工藝氣體材料、溫度、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等條件，形成不同功能的膜。

圖1

圖2鍍膜設(shè)備包含一個(gè)真空倉(cāng)體，低壓由真空泵來(lái)實(shí)現(xiàn)，倉(cāng)體中有適用于卷料的卷軸及電極、磁極、溫度控制器、氣體分布管路等。氣體分布管路保證工藝氣體在真空倉(cāng)體里的均勻分布，氣體入口連接N個(gè)工藝氣體罐。當(dāng)我們要給面料鍍膜時(shí)，首先把卷料放進(jìn)倉(cāng)體內(nèi)的卷軸上，關(guān)閉倉(cāng)門，然后打開真空泵，將倉(cāng)體內(nèi)壓力降到要求的壓力值，然后通入必要的工藝氣體，工藝氣體離子化后，在真空、電場(chǎng)、溫度、磁場(chǎng)等條件的催化下，在面料上鍍上一層或多層特別功能的納米鍍膜。

 

圖2 2.2 JRP 真空納米鍍膜的測(cè)試實(shí)驗(yàn)

 

JRP真空納米鍍膜為低溫鍍膜（最低至20℃），所以可以應(yīng)用到紡織品行業(yè)。我公司給一塊純棉的T恤面料鍍了SiOx：Cy：Hz納米疏（憎）水鍍膜，并對(duì)該面料進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)。

 

圖3面料左側(cè)為未經(jīng)過(guò)任何處理的原始面料，右側(cè)照片為我公司進(jìn)行過(guò)疏水鍍膜的面料。圖中可見左側(cè)沒有鍍膜的面料水已經(jīng)完全滲入面料；而右邊的水珠沒有滲入疏水鍍膜面料，而是以水珠情勢(shì)在面料外觀停頓或者滾動(dòng)。 

圖3 

2.2.1 接觸角 材料的外觀能是一個(gè)能用水接觸角（WCA）來(lái)定義的物理性能，這個(gè)有明確的定義當(dāng)WCA＜90°,外觀能高或外觀親水，即液體較易潤(rùn)濕固體，其角越小，透露表現(xiàn)潤(rùn)濕性越好；當(dāng)WCA＞90°,外觀能低或外觀疏水，即液體不容易潤(rùn)濕固體，容易在外觀上移動(dòng)；當(dāng)WCA＞150°,是超疏水。天然界中超疏水的典型就是荷葉，調(diào)查表現(xiàn)，外觀的紋理對(duì)獲得超疏水特別很是緊張。荷葉的紋理是自然的微米和納米級(jí)特征，能保留空氣來(lái)獲得超疏水。 

圖4

接觸角現(xiàn)有測(cè)試方法通常有兩種:其一為形狀圖像分析方法;其二為稱重法。后者通常稱為潤(rùn)濕天平或滲透法接觸角儀。但目前應(yīng)用最廣泛,測(cè)值最直接與正確的照舊形狀圖像分析方法。 形狀圖像分析法的原理為,將液滴滴于固體樣品外觀,通過(guò)顯微鏡頭與相機(jī)獲得液滴的形狀圖像, 再運(yùn)用數(shù)字圖像處理和一些算法將圖像中的液滴的接觸角計(jì)算出來(lái)。 接觸角是指在氣、液、固三相交點(diǎn)處所作的氣-液界面的切線穿過(guò)液體與固-液交界線之間的夾角θ，是潤(rùn)濕程度的量度。若θ>90°，則固體外觀是疏水性的，即液體不容易潤(rùn)濕固體，容易在外觀上移動(dòng)。

圖5為我公司所做布料經(jīng)過(guò)接觸角測(cè)量?jī)x檢測(cè)，WCA達(dá)150度以上，為超疏水級(jí)。

 

圖5

2.2.2 SEM 圖像 掃描電鏡（SEM）是介于透射電鏡和光學(xué)顯微鏡之間的一種微觀性貌觀察手段，可直接行使樣品外觀材料的物質(zhì)性能進(jìn)行微觀成像，從而對(duì)材料外觀的微觀結(jié)構(gòu)和樣貌進(jìn)行分析了解。

 

為了更好地了解膜層的性能，我們通過(guò)一些列的掃描電鏡分析，對(duì)疏水膜層的微觀結(jié)構(gòu)和樣貌進(jìn)行分析。

 

                                                                                                                                                                圖6                                                                                                          圖7

從圖6電鏡照片可以看出，鍍膜的厚度很均勻，同時(shí)對(duì)材料有肯定的滲透，從而使鍍膜的牢固度更好。另外，鍍膜的厚度可以控制。

 

圖7電鏡照片為40000倍放大照片，從照片中可以看出，鍍膜特別很是的致密，均勻。

 

                                                                                                                                                                           圖8                                                                                                圖9

 

電鏡照片圖8和圖9為纖維成品（宣紙）鍍膜前后的照片，從照片上可以看出纖維宏觀尺寸沒有轉(zhuǎn)變；纖維之間的孔洞也未見堵塞，說(shuō)明鍍膜比較均勻；纖維的存在狀況（纖維的交叉關(guān)系）也沒有宏觀轉(zhuǎn)變。

 

2.2.3 透氣性 防水面料的透氣性特別很是緊張，透氣性可使面料結(jié)構(gòu)內(nèi)部水汽敏捷排出，避免結(jié)構(gòu)孳生霉菌，同時(shí)人體散發(fā)的汗液卻能以水蒸汽的情勢(shì)通過(guò)面料傳導(dǎo)到外界，從而避免汗液蘊(yùn)蓄冷凝在體表與面料之間，并保持人體始終干爽，使穿著特別很是舒適。我公司也對(duì)所鍍膜面料進(jìn)行了透氣性測(cè)試，從圖10數(shù)據(jù)可以看到鍍膜對(duì)面料的透氣性影響很小，幾乎可以忽略。

透

圖10

 

                                                                                                                                                                       圖11                                                                                                   圖12

 

電鏡照片圖11和圖12為布料鍍膜前后的照片對(duì)比，從照片中為看到：1.纖維尺寸沒有宏觀轉(zhuǎn)變；2.纖維之間的孔隙沒有宏觀轉(zhuǎn)變，沒有被鍍膜堵塞、堆積，說(shuō)明對(duì)布料的透氣性不會(huì)有宏觀影響；3.說(shuō)明鍍膜對(duì)纖維的存在狀況（位置關(guān)系等）沒有宏觀轉(zhuǎn)變，纖維沒有粘連，所以對(duì)面料的柔軟度沒有影響。

 

2.2.4 水洗穩(wěn)固性

因?yàn)榧{米疏（憎）水鍍膜的外觀能很低，水和污物不易附著，所以用鍍膜的布料做的衣服很好清洗，水里漂洗一下就能干凈如新，同時(shí)由于疏水，也幾乎不用甩干和曬干，因此對(duì)鍍膜的磨損性很小。

 

2.2.5 疏水面料鍍膜前后的重量轉(zhuǎn)變
我們對(duì)三塊10cm×10cm不同布料在鍍膜前后進(jìn)行了稱重，詳細(xì)見下表。從表1可以看出，鍍膜重量?jī)H增長(zhǎng)5%左右，對(duì)布料的物理性能（如柔軟度，垂度，密度等）沒有宏觀影響。
表1 鍍膜前后重量轉(zhuǎn)變
 

2.3 批量生產(chǎn)的可行性 作為服裝的原材料，是社會(huì)的消費(fèi)品，消費(fèi)量特別很是大，目前均為大規(guī)模生產(chǎn)線生產(chǎn)，因此疏水鍍膜技術(shù)和設(shè)備必要可得、可靠、成熟，并能大批量生產(chǎn)。JRP ® 納米鍍膜技術(shù)已成功應(yīng)用于JRP公司自立研發(fā)的卷對(duì)卷鍍膜生產(chǎn)線和單體鍍膜設(shè)備上. 2.3.1卷對(duì)卷設(shè)備可應(yīng)用于絕大多數(shù)卷類服裝面料，通過(guò)此生產(chǎn)線可以批量生產(chǎn)出經(jīng)過(guò)JRP ® 納米鍍膜技術(shù)處理過(guò)的高科技的防水面料。

 

 

 JRP卷對(duì)卷設(shè)備能處理寬度1500mm，卷外徑700mm的卷料。 在達(dá)到疏水要求的同時(shí)，處理費(fèi)用也特別很是緊張，疏水鍍膜消費(fèi)的材料特別很是少，因此費(fèi)用很低，經(jīng)過(guò)我們計(jì)算，每平米布料鍍膜消費(fèi)的材料成本還不到0.2元。

2.3.2在某些情況下，處理最終產(chǎn)品比較好，這時(shí)候單體設(shè)備就有了用武之地，鞋、帽、口罩、濾芯等均可以在此設(shè)備里進(jìn)行鍍膜處理以達(dá)到疏水要求。圖15是我公司的單體設(shè)備，能處理長(zhǎng)300mm X 寬200mm X 高200mm以內(nèi)的單個(gè)物品。

 

圖15

3.應(yīng)用
JRP ® 納米鍍膜技術(shù)處理過(guò)的面料具有防水、防污的功能，同時(shí)未影響面料原有特征。所以它用途廣泛適用于各種服裝面料和薄膜，無(wú)原材料的限定，棉麻等都行，包括：一、軍用服裝、鞋帽、帳篷、睡袋及郵政包；軍隊(duì)田野作戰(zhàn)的環(huán)境特別很是惡劣，軍用產(chǎn)品假如具有防水防污功能，將大大進(jìn)步戰(zhàn)斗力。二、民用戶外活動(dòng)服、鞋帽、口罩、箱包、及雨披；目前防水服裝給人們的生活帶來(lái)了極大的便利，適合各種運(yùn)動(dòng)穿著，無(wú)論是旅游、遠(yuǎn)足、攀山、釣魚、打高爾夫、滑雪等均適宜。三、各種濾芯，無(wú)紡布，海綿，和濾清器：目前濾芯的防水處理重要通過(guò)濕法化學(xué)工藝，給環(huán)境造成了污染。假如采用干式清潔的JRP ® 納米鍍膜技術(shù)處理，防水、防污能力得到進(jìn)步的同時(shí)，還確保生產(chǎn)過(guò)程環(huán)保。成本的節(jié)約也是另一大上風(fēng)，由于能源和化學(xué)品的消費(fèi)相對(duì)于濕法化學(xué)法較少。 

 

 

4.結(jié)論

通過(guò)以上的原理描述和實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，證實(shí)JRP ® 納米鍍膜技術(shù)處理過(guò)的面料具有織物纖維外觀疏水的特征,大大降低了布料的外觀能和滑動(dòng)角，同時(shí)對(duì)面料的透氣性和柔軟度也沒有影響，完全可以應(yīng)用在服裝面料行業(yè)，以適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)對(duì)服裝面料的疏水要求。盡管如今市面上有不少防水面料，但沒有任何一款產(chǎn)品的防水結(jié)果，透氣性，耐用性，和輕巧性能和JRP公司發(fā)明的這種面料相媲美。同時(shí)又具備大批量大規(guī)模生產(chǎn)的可行性，有著廣闊的應(yīng)用前途和市場(chǎng)前景。

 

參考文獻(xiàn)

1. K.S. Gregorski, A.E. Pavlath, Fabric Modification Using the Plasmod - The Effect of Extensive Treatment in Nitrogen and Oxygen Plasmas at Low Pressure, Textile Research Journal 50(1) pp. 42-46 (1980)
2. T. Wakida, S. Tokino, S. Niu, H. Kawamura, Y. Sato, M. Lee,H. Uchiyama, H. Inagaki, Surface Characteristics of Wool and Poly (ethylene Terephthalate) Fabrics and Film Treated with Low-Temperature Plasma Under Atmospheric Pressure, Textile Research Journal 63(8) pp. 433-438
(1993)
3. C.W. Kan, C.W.M. Yuen, Effect of Low Temperature Plasma Treatment on Wool Fabric Properties, Fibers and Polymers 6(2) pp. 169-173 (2005)
4. C.W. Kan, C.W.M. Yuen, Dyeing Behaviour of Low Temperature Plasma Treated Wool, Plasma Processes and Polymers 3(8) pp. 627-635 (2006)
8. H. Hocker, Plasma treatment of textile fibers, Pure and Applied Chemistry 74(3) pp. 423-427 (2002)
5. D. Sun, G.K. Stylios, Effect of Low Temperature Plasma Treatment on the Scouring and Dyeing of Natural Fabrics,Textile Research Journal 74(9) pp. 751-756 (2004)
6. D. Sun, G. K. Stylios, Investigating the Plasma Modification of Natural Fiber Fabrics - The Effect on Fabric Surface and Mechanical Properties, Textile Research Journal 75(9) pp.639-644 (2005)
7. H.U. Poll, U. Schladitz, S. Schreiter, Penetration of plasma effects into textile structures, Surface and CoatingsTechnology 142-144 pp. 489-493 (2001)
8. N.V. Bhat, G.S. Nadiger, Effect of Nitrogen Plasma on the Morphology and Allied Textile Properties of Tasar Silk Fibers and Fabrics, Textile Research Journal 48(12) pp.685-691 (1978)
9. T. Oktem, N. Seventekin, H. Ayhan, E. Piskin, Modification of Polyester and Polyamide Fabrics by Different in Situ Plasma Polymerization Methods, Turkish Journal ofChemistry 24(3) pp. 275-286 (2000)
10. F. Ferrero, Wettability measurements on plasma treated synthetic fabrics by capillary rise method, Polymer Testing 22 pp. 571-578 (2003)
11. Y.J. Hwang, J.S. An, M.G. McCord, S.W. Park, B.C. Kang,The effect of etching on low-stress
mechanical properties of polypropylene fabrics under helium/oxygen atmospheric pressure plasma, Fibers and Polymers 4(4) pp. 145-150(2003)