Negli ultimi anni, con la crescente popolarità delle attività all'aperto, la domanda di tessuti impermeabili e resistenti agli schizzi è aumentata notevolmente tra i consumatori. Il processo attualmente più diffuso per ottenere queste caratteristiche è la verniciatura o la laminazione, ma presenta degli svantaggi, come la complessità del processo e i lunghi tempi di lavorazione. L'applicazione di una finitura impermeabile senza fluoro su tessuti ad alta densità consente di ottenere un'elevata resistenza alla pressione statica dell'acqua, con un processo breve, semplice e a basso costo. Sebbene la resistenza alla pressione statica dell'acqua non sia paragonabile a quella dei metodi di verniciatura o laminazione, dopo l'ottimizzazione del processo, può comunque raggiungere i 5200 Pa o più, e presenta un certo grado di traspirabilità, risultando adatta a tessuti funzionali speciali come camici chirurgici, tute da assalto, abbigliamento da alpinismo e tessuti per tende.
Questo studio ha selezionato il prodotto della Suzhou Leman Polymer Technology Co., Ltd. come agente impermeabilizzante privo di fluoro e ha utilizzato un metodo di cottura ad alta temperatura per eseguire il trattamento impermeabilizzante su tessuti di puro cotone ad alta densità. Sono stati esplorati gli effetti di fattori quali le specifiche del tessuto, la temperatura e il tempo di cottura sulla resistenza alla pressione statica dell'acqua dei tessuti di puro cotone, giungendo infine a una soluzione completa adatta alla produzione su larga scala!
1. Materiali di prova
Tessuto: Tessuto di puro cotone (29,2 tex x 29,2 tex, 472 x 315, armatura a tela, massa unitaria 220 g/m2);
Reagente: agente impermeabilizzante privo di fluoro
Strumenti: essiccatore a formatura continua, macchina per cottura ad aria calda (Menfuji, Germania), forno di asciugatura ad aria forzata elettrico DHG-9140A, lavatrice SDLATLAS Vortex M6, misuratore di umidità dei tessuti YB813, misuratore digitale di traspirabilità a pressione statica dell'acqua YG461E.
2. Flusso di processo
Laminazione a freddo → ricottura → mercerizzazione → tintura → impermeabilizzazione → cottura.
3、 Introduzione ai metodi di verifica dei risultati
Impermeabilità: misurata secondo la norma AATCC 22-2010 "Idrorepellenza: prova di spruzzo". Tagliare 3 pezzi (17,78 cm x 17,78 cm) di campioni e posizionarli a pressione atmosferica standard per 4 ore. Iniettare 250 ml di acqua distillata a (27 ± 1) °C nell'imbuto del tester e spruzzare la parte anteriore dei campioni. Confrontare i modelli di bagnatura o di macchie sulla parte anteriore con l'immagine di riferimento per la valutazione e registrare i risultati della valutazione per ciascun campione di prova.
Lavabilità: Il lavaggio domestico viene effettuato in conformità alla norma GB/T 8629-2017 "Procedure di lavaggio e asciugatura domestica per la prova dei tessuti". Si prepara una soluzione utilizzando 1 g/L di detersivo standard (AATCC 1993), con un rapporto di lavaggio di 1:30. Dopo il lavaggio a 40 °C per 8 minuti, si disidrata la soluzione, ottenendo così un lavaggio. Al termine del programma di lavaggio, si asciuga in forno a una temperatura di 100 °C.
Il processo di lavaggio industriale è il seguente: prelavaggio (50 litri di acqua pura, lavaggio per 3 minuti, temperatura dell'acqua 50 °C) → lavaggio principale (80 litri di acqua pura, lavaggio per 15 minuti, temperatura dell'acqua 60 °C, 300 g di candeggina all'ossigeno, 400 g di detersivo per bucato) → risciacquo (50 litri di acqua pura, lavaggio per 5 minuti) → lavaggio di neutralizzazione (50 litri di acqua pura, 200 g di acido neutralizzante) → lavaggio con acqua pulita (50 litri di acqua pura, lavaggio per 5 minuti).
Resistenza alla pressione idrostatica: misurata secondo la norma AATCC 127-2018 "Test di pressione idrostatica". Tagliare tre campioni non piegati e contaminati di 200 mm x 200 mm e posizionarli a pressione atmosferica standard per 4 ore. Controllare la temperatura dell'acqua a contatto con il campione a (21 ± 2) ℃, asciugare la superficie di serraggio e posizionare la superficie di prova a contatto con la superficie dell'acqua. Dopo il serraggio, avviare il motore. Quando si verifica l'infiltrazione in tre punti del campione, registrare la pressione statica dell'acqua in quel momento, ripetere l'operazione tre volte e calcolare il valore medio per ottenere la resistenza alla pressione idrostatica del campione.
4. L'influenza del processo di impermeabilizzazione sull'effetto di impermeabilizzazione
Studio sperimentale sull'influenza del metodo di stiratura e cottura in un'unica fase e del metodo di stiratura e cottura in due fasi sull'effetto impermeabilizzante. Nel metodo in un'unica fase, viene utilizzata una macchina per stiratura e formatura. Dopo l'arrotolamento, il tessuto entra nella camera di asciugatura della macchina per formatura e i processi di asciugatura e cottura vengono eseguiti contemporaneamente per un'elevata efficienza produttiva, adatta alla maggior parte delle finiture impermeabilizzanti. Il metodo di stiratura e cottura in due fasi utilizza una macchina per stiratura e formatura per asciugare il materiale arrotolato, seguito dalla cottura. Questo processo ha un'elevata stabilità. Processo di stiratura e cottura in un'unica fase: impregnazione e laminazione con agente impermeabilizzante senza fluoro (80 g/L), temperatura 170 ℃, tempo 3,5 minuti. Processo di stiratura e cottura in due fasi: immersione con additivo per laminazione (80 g/L di agente impermeabilizzante senza fluoro, temperatura di asciugatura 120 ℃, tempo di asciugatura 60 secondi) → cottura (temperatura 170 ℃, tempo 3 minuti). Nella Tabella 1 sono riportati i risultati del trattamento di impermeabilizzazione su tessuto di puro cotone utilizzando diversi processi di impermeabilizzazione.
Dalla Tabella 1 si evince che le prestazioni di impermeabilità del metodo di stiratura e cottura in un'unica fase non differiscono significativamente da quelle del metodo di stiratura e cottura in due fasi, ma le prestazioni di resistenza alla pressione statica dell'acqua sono significativamente inferiori rispetto a quelle del metodo di stiratura e cottura in due fasi. Ciò è dovuto al fatto che, nel metodo di cottura diretta ad alta temperatura in un'unica fase, anche riducendo la velocità del veicolo e prolungando il tempo di penetrazione del fluido di lavoro, quest'ultimo non riesce comunque a penetrare completamente nel tessuto, causando la reticolazione dell'agente impermeabilizzante privo di fluoro sulla superficie del tessuto e compromettendone la resistenza alla pressione statica dell'acqua. Pertanto, si è deciso di utilizzare il metodo di stiratura e cottura in due fasi per la produzione di tessuti di puro cotone ad alta resistenza alla pressione statica dell'acqua.
5. L'influenza delle diverse specifiche di organizzazione del tessuto sull'effetto impermeabilizzante
Considerando che i tessuti ad alta resistenza alla pressione statica dell'acqua sono generalmente utilizzati per l'abbigliamento esterno e per scopi funzionali, la massa per unità di area del tessuto è limitata a (200 ± 20) g/m2. Le specifiche sono selezionate come puro cotone 29,2 tex x puro cotone 29,2 tex, 472 x 315, e l'organizzazione del disegno è semplice, saia 2/1, peso della trama piatto e quadrato. Adottando un processo di lavorazione in due fasi di stiramento e cottura, il fluido di lavoro impermeabile è 80 g/L di agente impermeabilizzante senza fluoro, con due immersioni e due rullature, e un tasso residuo di rullatura del 65%; Asciugatura a 120 ℃ e poi cottura a 170 ℃ per 3 minuti. L'influenza delle diverse strutture del tessuto sulle prestazioni di impermeabilità è mostrata nella Tabella 2.
Dalla Tabella 2 si evince che, a parità di titolo del filato e densità di ordito/trama, solo la modifica del modello organizzativo determina cambiamenti significativi nell'impermeabilità e nella resistenza alla pressione statica dell'acqua del tessuto. Classificati in ordine decrescente di eccellenza prestazionale: armatura a tela, saia 2/1, armatura piatta a trama, saia 3/1 e armatura quadrata. Il tessuto a tela può raggiungere una resistenza alla pressione statica dell'acqua di 5200 Pa, mentre gli altri tessuti non hanno raggiunto tale valore. Ciò indica che l'influenza della struttura del tessuto sulla resistenza alla pressione statica dell'acqua è molto evidente. Il tessuto a tela presenta la migliore resistenza alla pressione statica dell'acqua perché ha il maggior numero di punti di intreccio e un minor numero di pori. Per approfondire la relazione tra le specifiche organizzative e la resistenza del tessuto alla pressione statica dell'acqua, la densità di ordito e trama è stata modificata mantenendo invariati il titolo del filato e l'organizzazione. L'impermeabilità e la resistenza alla pressione statica dell'acqua del tessuto sono state testate separatamente e i risultati sono riportati nella Tabella 3.
Dalla Tabella 3 si evince che, per una struttura a tela di 29,2 tex x 29,2 tex, all'aumentare della densità del tessuto, aumenta di conseguenza anche la resistenza alla pressione idrostatica. Quando la densità raggiunge 472 x 315, la resistenza alla pressione idrostatica supera i 520 Pa. Su questa base, l'aumento della densità del tessuto comporta un incremento lineare della difficoltà di tessitura, mentre il miglioramento della resistenza alla pressione idrostatica non è significativo. Dopo un'attenta valutazione, i tessuti a tela di puro cotone 29,2 tex x puro cotone 29,2 tex e 472 x 315 sono stati infine selezionati come specifiche standard per questo tessuto ad alta resistenza alla pressione idrostatica.
6. L'influenza della temperatura e del tempo di cottura sull'effetto impermeabilizzante
Il tempo e la temperatura di cottura hanno un impatto importante sull'effetto impermeabilizzante. Viene adottata la tecnologia di lavorazione in due fasi di stiratura → cottura, con agente di immersione e laminazione nella macchina di stiratura, agente impermeabilizzante senza fluoro 80 g/L, temperatura di asciugatura 120 ℃ e tempo di asciugatura 60 secondi. Viene studiata l'influenza della temperatura e del tempo di cottura sull'impermeabilizzazione e sulla resistenza alla pressione statica dell'acqua, e i risultati sono mostrati nella Tabella 4.
Dalla Tabella 4 si può osservare che all'aumentare della temperatura di cottura, aumentano anche la resistenza alla pressione statica dell'acqua e l'impermeabilità del tessuto. Questo perché durante la cottura, maggiore è la temperatura, più regolare è la disposizione dei gruppi idrofobici sulla superficie della fibra; le condizioni di alta temperatura favoriscono inoltre il rilascio dei gruppi isocianato da parte degli agenti reticolanti, migliorando il grado di reticolazione tra isocianato e gruppi idrofobici e –OH, e aumentando la resistenza alla pressione statica dell'acqua. Quando la temperatura di cottura è di 170 °C, un ulteriore aumento della temperatura comporterà un incremento limitato della resistenza alla pressione statica dell'acqua e dell'impermeabilità. Pertanto, la temperatura di cottura è stata determinata a 170 °C. Sulla base dell'esperimento sopra descritto, è stata determinata la temperatura di cottura a 170 °C ed è stato studiato l'effetto del tempo di cottura sull'impermeabilità e sulla resistenza alla pressione statica dell'acqua. I risultati sono riportati nella Tabella 5.
Dalla Tabella 5 si evince che, con il prolungarsi del tempo di cottura, le prestazioni di impermeabilizzazione migliorano progressivamente. Ciò è dovuto al fatto che, con il prolungarsi del tempo di cottura, la reticolazione tra i gruppi isocianato e i gruppi idrofobici sulla superficie della fibra risulta più completa. Una cottura prolungata fornisce inoltre tempo sufficiente per la disposizione ordinata dei gruppi idrofobici sulla superficie della fibra. Con un tempo di cottura di 3 minuti, le prestazioni di impermeabilizzazione raggiungono 100 punti e la resistenza alla pressione statica dell'acqua raggiunge o supera i 5200 Pa; prolungando ulteriormente il tempo, il miglioramento dell'impermeabilità e della resistenza alla pressione statica dell'acqua risulta limitato. Pertanto, il tempo di cottura è stato fissato a 3 minuti.
7. Conclusione
(1) Sono state condotte ricerche sulla formula del fluido di lavoro impermeabile. Dopo un'adeguata cottura, il tessuto di puro cotone può resistere a una pressione statica dell'acqua fino a 5200 Pa e ha una buona resistenza al lavaggio. Anche dopo 30 lavaggi in acqua in condizioni di lavaggio domestico, mantiene un'eccellente resistenza alla pressione statica dell'acqua e all'impermeabilità.
(2) Il processo di stiratura → cottura è il seguente: additivo di laminazione a immersione della macchina stiratrice (80 g/L di agente impermeabilizzante senza fluoro, temperatura di asciugatura di 120 ℃, tempo di asciugatura di 60 secondi) → cottura (temperatura di 170 ℃, tempo di 3 minuti).
Data di pubblicazione: 26 giugno 2024