近年、アウトドア活動の人気が高まるにつれ、防水・防滴性を備えた繊維製品に対する消費者の需要が大幅に増加しています。現在の主流のプロセスは、コーティングやフィルム仕上げによって防水・防滴性能を実現することですが、プロセスが複雑で処理工程が長いといった欠点があります。高密度生地にフッ素フリーの防水仕上げを施すことで、静水圧に対する高い耐性を実現でき、プロセスが短く、シンプルで、低コストという利点があります。静水圧耐性はコーティングやラミネート加工ほどではありませんが、プロセスを最適化することで、静水圧耐性は5200Pa以上に達し、ある程度の通気性も備えているため、手術着、アサルトスーツ、登山服、テント生地などの特殊機能性生地に適しています。
本研究では、蘇州レマンポリマーテクノロジー社製のフッ素フリー防水剤を選定し、高温焼成法を用いて高密度純綿生地に防水処理を施した。生地の仕様、焼成温度、焼成時間などの要因が純綿生地の静水圧抵抗に及ぼす影響を検討し、最終的に大規模生産に適した総合的なソリューションを確立した。
1．試験材料
生地：純綿生地（29.2 tex x 29.2 tex、472 x 315、平織り、単位面積質量 220 g/m2）
試薬：フッ素フリー防水剤
機器：連続成形乾燥機、熱風乾燥機（ドイツ製メンフジ）、DHG-9140A 電気送風乾燥機、SDLATLAS Vortex M6 洗濯機、YB813 生地水分計、YG461E 静水圧デジタル通気性計。
2．プロセスフロー
冷間圧延バッチ → 焼鈍 → マーセル化 → 染色 → 防水処理 → 焼成。
3．結果テスト方法の概要
防水性：AATCC 22-2010「撥水性：スプレー試験」に従って測定します。サンプルを3枚（17.78 cm x 17.78 cm）切り出し、標準大気圧下で4時間置きます。試験機の漏斗に（27 ± 1）℃の蒸留水250mLを注入し、サンプルの表面にスプレーします。表面の濡れ具合や斑点模様を評価画像と比較して評価し、各試験サンプルの評価結果を記録します。
洗濯性：家庭での洗濯は、GB/T 8629-2017「繊維製品の家庭用洗濯乾燥試験手順」に従って行います。標準洗剤（AATCC 1993）1g/Lを1：30の比率で混合した溶液を調製します。40℃で8分間洗濯した後、溶液を脱水し、1回の洗濯とします。洗濯プログラムが完了したら、100℃のオーブンで乾燥させます。
工業用洗浄プロセスは次のとおりです。予備洗浄（純水50L、3分間洗浄、水温50℃）→本洗浄（純水80L、15分間洗浄、水温60℃、酸素系漂白剤300g、洗濯洗剤400g）→すすぎ（純水50L、5分間洗浄）→中和洗浄（純水50L、中和酸200g）→きれいな水による洗浄（純水50L、5分間洗浄）。
静水圧抵抗：AATCC 127-2018「静水圧試験」に従って測定します。折り目がなく汚染されていない200 mm x 200 mmのサンプルを3枚切り出し、標準大気圧下で4時間置きます。サンプルに接触する水の温度を（21 ± 2）℃に制御し、クランプ面を乾燥させ、試験面を水面に向けます。クランプ後、モーターを始動します。サンプルの3箇所で浸水が発生したら、その時点での静水圧を記録し、これを3回繰り返し、平均値を取ってサンプルの静水圧抵抗を求めます。
4．防水処理工程が防水効果に及ぼす影響
一段階延伸・焼成法と二段階延伸・焼成法が防水効果に及ぼす影響を実験的に検討した。一段階法では、延伸成形機を使用する。生地を巻き取った後、成形機の乾燥室に入り、乾燥と焼成の工程を同時に行うことで生産効率を高め、ほとんどの防水仕上げに適している。二段階延伸・焼成法では、延伸成形機で巻き取った材料を乾燥させた後、焼成を行う。この工程は安定性が高い。一段階延伸・焼成工程：延伸機による含浸・巻き取り剤、フッ素フリー防水剤80g/L、温度170℃、時間3.5分。二段階延伸・焼成工程：延伸機による浸漬・巻き取り添加剤（フッ素フリー防水剤80g/L、乾燥温度120℃、乾燥時間60秒）→焼成（温度170℃、時間3分）。表1に、異なる防水処理方法を用いた純綿生地への防水処理の結果を示す。
表1から、一段階延伸・焼成法の防水性能は二段階延伸・焼成法と大きな差はないものの、静水圧耐性は二段階延伸・焼成法よりも著しく低いことがわかる。これは、一段階法では、直接高温焼成を行うため、車両速度を下げて作動液の浸透時間を延長しても、作動液が生地に十分に浸透せず、フッ素フリー防水剤が生地表面で架橋結合し、生地の静水圧耐性に影響を与えるためである。したがって、純綿の高静水圧耐性生地の加工には、二段階延伸・焼成法を採用することにした。
5．異なる生地組織仕様が防水効果に及ぼす影響
静水圧に対する高い耐性を持つ生地は一般的に外部の摩耗や機能的な目的で使用されることを考慮すると、生地の単位面積あたりの質量は (200 ± 20) g/m2 に制限されます。仕様は純綿 29.2 tex × 純綿 29.2 tex、472 × 315 と選択され、デザイン構成は平織り、2/1 綾織り、緯糸重量は平織り、正方形です。延伸と焼成の 2 段階の加工プロセスを採用し、防水作業液はフッ素フリー防水剤 80g/L、2 回の浸漬と 2 回の巻き取り、巻き取り残し率は 65% です。120 ℃ で乾燥させ、その後 170 ℃ で 3 分間焼成します。異なる生地構造が防水性能に及ぼす影響を表 2 に示します。
表2から、生地の糸番手と経糸/緯糸密度が変わらない場合、組織パターンを変更するだけで、生地の防水性と静水圧に対する抵抗性が大きく変化することがわかります。性能の優劣順に並べると、平織り、2/1綾織り、緯糸重量平織り、3/1綾織り、および正方形織りになります。平織り生地は5200 Paの静水圧抵抗を達成できますが、他の生地は5200 Paに達していません。これは、生地構造が静水圧抵抗に非常に顕著な影響を与えることを示しています。平織り生地は、最も多くの交点と最も少ない孔を持つため、最高の静水圧抵抗を持っています。組織仕様と生地の静水圧抵抗の関係をさらに調査するために、糸番手と組織は変更せずに経糸と緯糸の密度を変更しました。生地の防水性と静水圧抵抗を個別にテストし、結果を表3に示します。
表3から、29.2 tex x 29.2 texの平織り構造の場合、生地密度が増加するにつれて、静水圧に対する生地の抵抗もそれに応じて増加することがわかります。密度が472 x 315に達すると、静水圧に対する抵抗は520 Paを超えます。このことから、生地密度の増加は織りの難易度を直線的に増加させる一方で、静水圧に対する抵抗の向上は顕著ではないことがわかります。総合的に検討した結果、最終的に、この高静水圧耐性生地の標準仕様として、純綿29.2 tex x 純綿29.2 texおよび472 x 315の平織り生地が選ばれました。
6．焼成温度と焼成時間が防水効果に及ぼす影響
焼成時間と焼成温度は防水効果に重要な影響を与える。延伸機浸漬および圧延剤、フッ素フリー防水剤80g/L、乾燥温度120℃、乾燥時間60秒を用いた、延伸→焼成の2段階加工技術を採用した。焼成温度と時間が防水性と静水圧抵抗に及ぼす影響を研究し、その結果を表4に示す。
表4から、焼成温度の上昇に伴い、生地の静水圧抵抗と防水性も上昇することがわかる。これは、焼成中に温度が高いほど、繊維表面の疎水性基の配列がより規則的になるためである。また、高温条件は、架橋剤によるイソシアネート基の放出を促進し、イソシアネートと疎水性基および-OH間の架橋度を向上させ、静水圧に対する抵抗性を高める。焼成温度が170℃になると、それ以上温度を上げても静水圧抵抗と防水性の向上は限定的になる。したがって、焼成温度は170℃に決定した。上記の実験に基づき、焼成温度を170℃に決定し、焼成時間が防水性と静水圧抵抗に及ぼす影響を調べた。結果を表5に示す。
表5から、焼成時間が長くなるにつれて防水性能が継続的に向上することがわかる。これは、焼成時間が長くなるにつれて、繊維表面のイソシアネート基と疎水性基との架橋がより完全になるためである。長時間の焼成は、繊維表面の疎水性基が規則的に配列するのに十分な時間も提供する。焼成時間が3分のとき、防水性能は100点に達し、静水圧に対する耐性は5200Pa以上に達する。さらに時間を延長しても、防水性と静水圧耐性の向上は限定的である。したがって、焼成時間は3分に決定した。
7．結論
（１）防水作動液の配合について研究を行った。十分な焼成後、純綿生地は最大５２００Paの静水圧に耐えることができ、洗濯耐性も良好である。家庭での洗濯条件下で３０回水洗いした後でも、静水圧と防水性に対する優れた耐性を維持している。
（２）延伸→焼成工程は以下の通り：延伸機浸漬圧延添加剤（フッ素フリー防水剤８０g/L、乾燥温度１２０℃、乾燥時間６０秒）→焼成（温度１７０℃、時間３分）。
投稿日時：2024年6月26日