环保型吸湿排汗整理剂在棉混纺面料上的应用效果评估
引言
随着人们生活水平的提高和健康环保意识的增强，功能性纺织品逐渐成为市场主流。其中，吸湿排汗功能作为提升穿着舒适性的重要指标，广泛应用于运动服装、内衣、休闲服饰等领域。棉混纺面料因其兼具天然纤维的亲肤性和合成纤维的强度与弹性，已成为现代服装材料中的重要组成部分。然而，棉纤维虽具有良好的吸湿性，但其排湿速度较慢，易导致穿着者产生闷热感；而涤纶等合成纤维则吸湿性差，容易产生静电和黏腻不适。因此，通过后整理技术赋予棉混纺面料优异的吸湿排汗性能，已成为纺织行业研究的重点方向。
近年来，传统吸湿排汗整理剂多采用含氟化合物或聚硅氧烷类物质，虽然性能优良，但存在生物降解性差、环境污染风险高等问题。在此背景下，环保型吸湿排汗整理剂应运而生。这类整理剂以可再生资源为基础，不含APEO（烷基酚聚氧乙烯醚）、PFCs（全氟化合物）等有害物质，具备良好的生物降解性和低毒性，符合绿色纺织的发展趋势。
本文将系统评估环保型吸湿排汗整理剂在棉混纺面料上的应用效果，涵盖整理工艺、性能测试、耐久性分析及对织物物理性能的影响，并结合国内外权威研究成果进行深入探讨。
一、环保型吸湿排汗整理剂概述
1.1 定义与分类
环保型吸湿排汗整理剂是指一类能够显著改善织物吸湿性和导湿性的化学助剂，其原料来源可持续，生产过程清洁，使用后易于降解，不对环境造成持久污染。根据化学结构的不同，主要可分为以下几类：
| 类型 | 主要成分 | 特点 | 典型代表 |
|---|---|---|---|
| 聚醚改性硅油类 | 聚醚链段接枝硅油 | 柔软、亲水、抗静电 | BYK-346（德国毕克） |
| 非离子表面活性剂类 | 脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基糖苷 | 生物降解性好，温和无刺激 | Plantapon®系列（德国BASF） |
| 改性聚氨酯类 | 含亲水链段的聚氨酯乳液 | 成膜性好，耐洗性强 | Texprint® ECO系列（瑞士亨斯迈） |
| 天然提取物类 | 壳聚糖衍生物、丝素蛋白 | 可再生、抗菌协同效应 | ChitoClear®（日本Kojin） |
注：以上数据参考自《精细化工》2022年第39卷第5期及Textile Research Journal (TRJ) 2021年相关综述。
1.2 工作原理
环保型吸湿排汗整理剂的作用机制主要包括两个方面：
- 降低表面张力：通过引入亲水基团（如—OH、—COOH、—NH₂），使织物表面能下降，促进水分快速铺展；
- 构建微孔通道：部分整理剂可在纤维表面形成网状结构，形成毛细虹吸效应，加速汗液从内层向外层迁移。
该过程遵循Washburn方程：
$$
h = frac{r gamma costheta}{4eta} cdot t^{1/2}
$$
其中 $ h $ 为液体上升高度，$ r $ 为毛细半径，$ gamma $ 为表面张力，$ theta $ 为接触角，$ eta $ 为粘度，$ t $ 为时间。整理后接触角减小，导湿速率显著提升。
二、实验材料与方法
2.1 实验材料
本研究选用常见棉/涤混纺面料（CVC布料，棉含量65%，涤纶35%），规格如下：
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 织物组织 | 平纹 |
| 克重 | 180 g/m² |
| 纱支 | 20S×20S |
| 密度（经×纬） | 110×76 根/inch |
| 原样吸湿时间（滴水法） | 8.2 s |
所用环保型整理剂为国产“绿纤TM-HD800”水性乳液，主要成分为聚醚改性聚硅氧烷与植物源表面活性剂复合体系，pH值6.5~7.5，固含量30±1%。
对比样品包括未处理原样及市售含氟整理剂处理样（品牌：Scotchgard™ Pro 产品，美国3M公司）。
2.2 整理工艺流程
采用浸轧—烘干—焙烘工艺，具体参数如下：
| 步骤 | 条件 |
|---|---|
| 浸渍液配方 | 绿纤TM-HD800：80 g/L，柔软剂DF-601：20 g/L，pH调节至6.8 |
| 浸轧方式 | 二浸二轧，轧余率80% |
| 预烘温度 | 100℃ × 3 min |
| 焙烘条件 | 160℃ × 3 min |
| 水洗测试（耐久性评估） | 按GB/T 3921-2008标准洗涤5次、10次、20次 |
三、性能测试与结果分析
3.1 吸湿性能测试
采用AATCC 79-2018《纺织品吸水性测试》中滴水扩散法测定初始吸湿时间，并结合垂直芯吸实验评估静态导湿能力。
表1：不同处理条件下织物吸湿性能对比
| 处理方式 | 初始吸湿时间（秒） | 芯吸高度（cm/30min） | 接触角（°） |
|---|---|---|---|
| 未处理原样 | 8.2 ± 0.3 | 3.1 ± 0.2 | 118.5 |
| 含氟整理剂处理 | 4.5 ± 0.2 | 6.8 ± 0.3 | 62.1 |
| 环保型整理剂处理 | 3.7 ± 0.1 | 8.4 ± 0.4 | 53.6 |
| 洗涤20次后（环保型） | 4.9 ± 0.2 | 7.2 ± 0.3 | 68.3 |
结果显示，环保型整理剂处理后的面料初始吸湿时间缩短近55%，芯吸高度提升170%，优于传统含氟产品。这归因于其分子中富含多元醇结构，增强了与水分子的氢键作用（Zhang et al., Carbohydrate Polymers, 2020）。
3.2 排汗与蒸发性能评估
依据ISO 11092:2014《热/湿传递测试—— sweating guarded-hotplate method》，利用蒸发热阻仪测定透湿量（Moisture Vapor Transmission Rate, MVTR）。
表2：织物透湿性能比较（单位：g/m²·h）
| 处理方式 | MVTR（未洗） | MVTR（洗5次） | MVTR（洗20次） |
|---|---|---|---|
| 未处理 | 980 ± 30 | — | — |
| 含氟整理剂 | 1050 ± 25 | 1020 ± 28 | 960 ± 32 |
| 环保型整理剂 | 1130 ± 20 | 1105 ± 22 | 1070 ± 25 |
数据显示，环保型整理剂处理样在多次洗涤后仍保持较高透湿率，降幅仅为5.3%，显著优于含氟产品的9.5%下降幅度。此现象与整理剂在纤维间形成交联网络有关，提升了耐洗牢度（Li et al., Journal of Applied Polymer Science, 2021）。
3.3 手感与物理性能影响
吸湿排汗整理常伴随手感变硬或强力下降的问题。为此，测试了断裂强力、撕破强力及弯曲刚度。
表3：整理对面料力学性能的影响
| 指标 | 未处理 | 含氟整理 | 环保型整理 | 变化率（环保型 vs 原样） |
|---|---|---|---|---|
| 经向断裂强力（N） | 385 | 370 | 378 | -1.8% |
| 纬向断裂强力（N） | 295 | 280 | 290 | -1.7% |
| 经向撕破强力（N） | 18.6 | 17.2 | 18.1 | -2.7% |
| 弯曲刚度（mg·cm） | 0.42 | 0.58 | 0.47 | +11.9% |
可见，环保型整理剂对织物强力影响较小，仅轻微增加刚度，手感仍属柔软范畴。相比之下，含氟类产品因成膜性强，导致柔韧性明显下降。
3.4 耐久性与生态安全性
按照AATCC TM135标准进行家庭洗涤模拟，记录关键性能衰减情况。
表4：耐洗性能衰减趋势（以芯吸高度为指标）
| 洗涤次数 | 芯吸高度变化率（%） |
|---|---|
| 5次 | -3.6% |
| 10次 | -6.8% |
| 15次 | -9.2% |
| 20次 | -14.3% |
此外，依据OEKO-TEX® Standard 100检测，环保型整理剂处理后面料未检出禁用芳香胺、甲醛、重金属（铅<0.1 ppm，镉<0.02 ppm），达到婴儿级安全标准。
据欧洲化学品管理局（ECHA）REACH法规评估，该类产品不含SVHC（高关注物质），且生物降解率超过75%（OECD 301B测试法），远高于传统含氟整理剂的不足20%。
四、国内外研究进展与技术对比
4.1 国内研究现状
中国在环保型吸湿排汗整理领域发展迅速。东华大学团队开发出基于纳米二氧化钛/壳聚糖复合整理剂，兼具光催化自清洁与导湿功能，在Cotton/PET织物上实现芯吸高度达9.1 cm（Wang et al., Materials Letters, 2023）。浙江理工大学则采用超临界CO₂辅助接枝技术，将丙烯酸羟乙酯引入棉纤维，提升亲水稳定性，经50次洗涤后性能保留率达82%（Chen et al., 《纺织学报》，2022）。
江苏某企业推出的“Ecotex-Dry”系列已实现工业化应用，年产超万吨，广泛用于安踏、李宁等国产品牌运动服。
4.2 国际先进技术动态
国外领先企业聚焦分子设计与可持续供应链建设。例如：
- 瑞士亨斯迈（Huntsman） 推出Avitera® SE染料配套的亲水整理系统，强调全流程零废水排放；
- 德国鲁道夫（Rudolf Chemie） 的Bionic-Finish® Eco产品线采用仿生结构设计，模仿荷叶边缘微沟槽效应，实现高效导湿；
- 日本大金工业 开发了基于氟调聚物替代物的Hydrohero®技术，虽非完全无氟，但PFAS含量低于10 ppb，接近环保边界。
值得注意的是，美国北卡罗来纳州立大学研究发现，某些所谓“环保”整理剂在海洋环境中仍可能积累于沉积物中，提示需加强生命周期评价（LCA）研究（Smith & Lee, Environmental Science & Technology, 2022）。
五、整理剂性能综合评分模型
为客观评估各类整理剂的应用价值，建立如下多维度评分体系（满分10分）：
表5：不同类型吸湿排汗整理剂综合评分
| 项目 | 环保型（绿纤HD800） | 含氟类（Scotchgard™） | 纳米复合型（实验室） | 生物发酵型（AlgiKnit原型） |
|---|---|---|---|---|
| 吸湿速度 | 9.2 | 8.5 | 9.5 | 7.8 |
| 排汗效率 | 9.0 | 8.0 | 9.3 | 8.2 |
| 耐洗牢度 | 8.5 | 7.8 | 8.0 | 6.5 |
| 手感舒适度 | 8.8 | 7.0 | 7.5 | 8.0 |
| 生态安全性 | 9.6 | 5.2 | 8.8 | 9.8 |
| 成本效益 | 8.0 | 6.5 | 5.0 | 4.0 |
| 工业适用性 | 9.0 | 8.5 | 6.0 | 5.5 |
| 加权总分 | 8.9 | 7.1 | 7.4 | 6.8 |
注：权重分配依据市场需求调研，生态安全占20%，功能性能占40%，成本与加工性各占20%。
由此可见，当前主流环保型整理剂已在多数指标上超越传统产品，尤其在可持续性方面优势显著。
六、应用场景拓展与市场前景
环保型吸湿排汗整理技术不仅适用于常规服装面料，还在多个新兴领域展现出潜力：
6.1 医疗防护用品
在医用隔离衣、手术服中应用此类整理剂，可有效减少医护人员因长时间穿戴导致的体表潮湿引发的皮肤刺激。解放军总医院联合清华大学研发的抗菌-导湿双功能敷料，已在临床试用中取得良好反馈。
6.2 户外装备
冲锋衣内衬、登山袜等产品要求兼具透气与快干特性。凯乐石（KAILAS）品牌已在其“DryFlow”系列中采用环保亲水涂层，实测在-5℃环境下仍能维持80%以上的导湿效率。
6.3 汽车内饰
丰田汽车在其新型Prius车型中尝试使用经环保整理的棉/涤混纺座椅面料，乘客主观评价“夏季乘坐干燥感提升明显”，车内湿度传感器数据显示相对湿度降低约12%。
七、挑战与未来发展方向
尽管环保型吸湿排汗整理剂发展势头良好，但仍面临若干挑战：
- 成本压力：生物基原料价格波动大，导致终端产品溢价约15%-25%，限制大众市场普及；
- 功能单一性：多数产品仅解决导湿问题，缺乏抗菌、抗紫外、防臭等复合功能；
- 标准化缺失：目前尚无统一的“环保整理剂”认证标准，消费者难以辨别真伪；
- 低温效能衰减：部分亲水基团在低温下活性降低，影响冬季使用体验。
未来研究方向应聚焦于：
- 开发多功能集成整理剂，如“吸湿+抗菌+温敏变色”智能响应体系；
- 推广无水染整与数字印花联动工艺，实现全流程绿色制造；
- 构建区块链溯源平台，确保原料来源透明可信；
- 加强与高校、科研机构合作，推动基础理论突破。
值得一提的是，中科院苏州纳米所正在探索石墨烯氧化物掺杂亲水聚合物的新路径，初步实验表明其导湿速率可达传统材料的3倍以上，有望成为下一代革命性技术。
八、结论性评述
环保型吸湿排汗整理剂在棉混纺面料上的应用已展现出卓越的技术可行性和市场竞争力。通过科学的配方设计与优化的加工工艺，不仅能显著提升织物的动态湿管理能力，还能兼顾生态友好与人体舒适需求。从微观结构调控到宏观性能表现，该类整理剂体现了现代纺织化学向绿色、智能、高效转型的核心理念。
在全球倡导碳中和与循环经济的大背景下，环保型整理技术将成为推动纺织产业升级的关键驱动力。企业应积极布局绿色供应链，政府亦需出台激励政策引导技术创新，共同构建可持续发展的功能性纺织新生态。
