特氟龙处理对面料表面能及接触角的影响机理
特氟龙处理对面料表面能及接触角的影响机理
一、引言
在现代纺织工业中 ，面料的功能化处理已成为提升产品附加值和应用范围的重要手段 。其中 ，特氟龙（Teflon）处理作为一种广泛应用的表面改性技术 ，在防水、防油、防污以及易清洁等性能方面表现出卓越效果 。该技术通过降低织物表面能并显著增大水滴与织物之间的接触角 ，从而实现优异的拒液性能 。本文将系统探讨特氟龙处理对面料表面能及接触角的影响机理 ，结合国内外研究成果 ，分析其化学作用机制、工艺参数、性能表现 ，并辅以具体产品数据与实验结果对比 ，深入揭示这一功能性整理的核心原理 。
二、特氟龙的基本特性与组成
2.1 特氟龙的定义与化学结构
特氟龙是USA杜邦子公司（DuPont）登记的商标申请名 ，是指聚四氟乙稀（Polytetrafluoroethylene, PTFE）举例双重性物 。其生物学式为 (C₂F₄)ₙ ，都是种全氟化的满电子层结构缩聚物 ，存在高速不对称的碳-氟键构成 。根据氟电子层结构电负性强、电子层结构圆的直径均衡 ，这让C-F键多的近义词不稳定量分析高性 ，键能可高达485 kJ/mol ，远大于C-H键（约413 kJ/mol） ，确立PTFE很好的热不稳定量分析高性性、生物学惰性和低外面能 。
| 参数 |
数值/描述 |
| 化学名称 |
聚四氟乙烯（PTFE） |
| 分子式 |
(C₂F₄)ₙ |
| 密度 |
2.1–2.3 g/cm³ |
| 熔点 |
327°C |
| 热分解温度 |
>400°C |
| 表面能 |
18–25 mN/m（文献值：Zisman, 1964） |
| 摩擦系数 |
0.04–0.10（低之一） |
注：外观能统计数据由来于Zisman的精品润湿基础理论伦理学研究 ，被丰富引述当做低能外观的基准参考资料 。
2.2 特氟龙在纺织领域的应用形式
然而纯PTFE融点高、难激光加工 ，不满合直接的涂覆于钎维漆层 ，但其改善生成物如含氟AG贵宾厅游戏 酯共聚物、氟硅烷类类化合物等已被非常广泛使用在亚麻黏胶纤维处理剂中 。这类设备一般以面霜或液体方法施用于料子 ，经烘干功能和焙烘后在钎维漆层产生一个紧密的含氟溥膜 。
较为常见的服务业类产品也包括：
| 品牌 |
产品型号 |
主要成分 |
适用纤维类型 |
施加工艺 |
| DuPont™ |
Teflon® EcoElite™ |
生物基氟化聚合物 |
棉、涤纶、混纺 |
浸轧→烘干→焙烘（150–170°C, 60–90s） |
| 旭硝子（AGC） |
Asahiguard® AG-E055 |
全氟烷基丙烯酸酯共聚物 |
合成纤维 |
喷雾或浸渍 |
| 科凯（KCI） |
Nuva® N |
氟代聚醚类化合物 |
尼龙、涤纶 |
连续轧染 |
| 比利时鲁道夫（Rudolf Chemie） |
Bionic Finish® Eco |
支链氟化物替代品 |
多种天然/合成纤维 |
浸轧法 |
他们归整剂中的抗逆性酚类化合物还可以在室温下化学交联固有 ，牢固性悬挑脚手架于食物纤维的表面 ，生成兼有微纳米级不光滑构成的疏水层 。
三、表面能与接触角的基本概念
3.1 表面能的定义与测量方法
外表能（Surface Energy） ，也叫操作界面独立能 ，指的是政府部门面积计算上大分子从体相迁出到外表必需克服自己的激光能量 ，政府部门为mN/m（毫牛/米） 。对待固态物体建材来 ，外表能越低 ，越更易被溶剂润湿 。
根据Owens-Wendt理论 ，固体表面能可分解为色散分量（γ^d） 和极性分量（γ^p）：
$$
gamma_L(1 + costheta) = 2(sqrt{gamma_S^d cdot gamma_L^d} + sqrt{gamma_S^p cdot gamma_L^p})
$$
这里面：
- $gamma_L$：液体表面张力；
- $theta$：接触角；
- 下标S表示固体 ，L表示液体 。
经常用考试介质液体其中包括去阴离子水（γ_L = 72.8 mN/m）、乙二醇（48 mN/m）、二碘甲烷气体（50.8 mN/m）等 。
3.2 接触角的物理意义
接处角（Contact Angle, θ）是评定介质液体在物质外层润湿性的重中之重标准 。当θ < 90°时 ，当做亲液；θ > 90°为疏液；θ > 150°则步入超疏水本质特征 。
| 接触角范围 |
润湿状态 |
实际表现 |
| 0°–30° |
完全润湿 |
液体迅速铺展 |
| 30°–90° |
部分润湿 |
形成小水珠但易扩散 |
| 90°–120° |
疏水 |
明显球形水珠 ，滚动角较小 |
| 120°–150° |
强疏水 |
水珠极易滚落 |
| >150° |
超疏水 |
“荷叶效应” ，自清洁 |
研究探讨表面 ，擅自外理的棉亚麻纤维水学习角约为0°–30° ，而根据良好特氟龙外理后能达到140°以上内容（Wang et al., 2018 ，《Textile Research Journal》） 。
四、特氟龙处理影响表面能的机理
4.1 化学组成改变：引入低表面能基团
特氟龙补救的本质上是在玻璃纤维漆层形成巨大-CF₃和-CF₂-官能团 。这全氟烷基还具有强的成语的微电子关闭现象和办公空间位阻 ，导致氧分子间影响力（尤其是是偶极-偶极彼此影响和氢键）显著性减少 。
依据Fowkes理论体系 ，外表能常见由散射力和导电性力定义 。含氟汇聚物的导电性量用相近于零 ，散射量用也较低 ，之所以总外表能大幅度下调 。
假如：
- 棉纤维原始表面能约为45–55 mN/m；
- 经Asahiguard®处理后降至20–25 mN/m；
- 若结合微结构设计（如仿生构造） ，可进一步降至15 mN/m以下（Liu et al., 2020 ，《ACS Applied Materials & Interfaces》） 。
4.2 分子排列与取向效应
在焙烘的过程中 ，含氟收集剂中的长链全氟烷基盲目性于向外转迁 ，使-CF₃端基开始向着大气这一侧布置 ，达成“刷状”构造 。这一种定向培养布置极大值增强学习了外壁的非正负表现形式 。
X光谱线光电技术子能谱（XPS）进行分析显视 ，经特氟龙加工的涤纶布漆层F/C原子核比可以达到0.8这 ，阐明氟原素含有于表面（Zhang et al., 2017 ，《Journal of Colloid and Interface Science》） 。
4.3 表面形貌的协同作用
虽特氟龙客观实在不随便创建大体上粗造结构类型的设计 ，但在表层固定过程中 中概率因稀释剂蒸发掉导致微孔板或裂开 ，合作原始针织物结构类型的设计（如棉纱线糅合细缝、纤维素外面挖管） ，相互之间组成多级别微纳结构类型的设计 ，加强 Cassie-Baxter 方式下的气垫cc相应 。
| 处理方式 |
表面粗糙度 Ra (μm) |
水接触角（°） |
滚动角（°） |
| 未处理棉布 |
1.2 |
~25 |
— |
| 单纯特氟龙整理 |
1.5 |
135–142 |
15–25 |
| 特氟龙+纳米SiO₂复合处理 |
3.8 |
152–160 |
5–8 |
数据文件来自：Chen et al. (2019), 《Carbohydrate Polymers》
看得出 ，从同质化学遮盖虽能偏态加快碰到角 ，但若配合力学设计干预 ，可走近超疏水极限值 。
五、特氟龙处理对接触角的具体影响
5.1 不同液体的接触角变化
特氟龙不止上升对水的打交道角 ，还能能够驱散低面上能涨力溶液如油类、双氧水等的浸入 。这些是而致同样拉低了正负和非正负有效成分的面上能能运行 。
下表列成典型示范机织物经Teflon® EcoElite™整理先后对四种液的遇到角比对：
| 液体种类 |
表面张力 (mN/m) |
未处理棉布接触角 |
处理后棉布接触角 |
| 去离子水 |
72.8 |
0°（完全润湿） |
140° |
| 乙醇 |
22.3 |
0° |
98° |
| 正十六烷 |
27.5 |
0° |
105° |
| 橄榄油 |
~32 |
0° |
118° |
| 咖啡 |
~38 |
0° |
125° |
统计资料推进自DuPont技术工艺市场研究报告（2021）及Sun et al. (2020)《Industrial & Engineering Chemistry Research》
可可以看出 ，既然对着表明支撑力不高于30 mN/m的液态 ，清理后的针织物仍能达到>90°的交往角 ，做到出好的防偏油能 。
5.2 动态接触角行为：前进角与后退角
静态数据触碰的面积角仅产生稳定心态下的润湿性 ，而日常动态触碰的面积角更能提现事实上动用中的抗沾污力量 。行进角（θ_a）表示液态体发展潮流 ，向后走角（θ_r）产生回缩强度 ，三者之差分为触碰的面积角滞后效应（hysteresis） 。
满意疏水表面层应有着高发展角和高向后走角 ，且有一定的滞后性值小（<10°） ，不利于严重大气污染物随水渍滚落 。
| 样品 |
前进角（°） |
后退角（°） |
滞后值（°） |
| 原样涤纶 |
75 |
40 |
35 |
| 特氟龙整理涤纶 |
148 |
132 |
16 |
| 特氟龙+等离子预处理 |
156 |
148 |
8 |
起源：Li et al. (2021), 《Applied Surface Science》
等阳离子体预治理可增强化学纤维外层化学活化基团 ，提高网站含氟配位高聚物锚定 ，减低缺欠 ，导致较低落伍 ，发展自擦洗利用率 。
六、影响特氟龙处理效果的关键因素
6.1 整理剂浓度与施加方式
渗透压过低無法生成连续式膜层；过高则几率造成使用手感变硬、保暖性下滑 。般选择用药量为针织物含量的1–3%（o.w.f） 。
| 浓度（%, o.w.f） |
水接触角（°） |
手感评分（1–5） |
耐洗性（次） |
| 0.5 |
110 |
4.5 |
5 |
| 1.0 |
132 |
4.0 |
10 |
| 2.0 |
141 |
3.2 |
15 |
| 3.0 |
143 |
2.5 |
18 |
| 5.0 |
144 |
1.8 |
20（但开裂风险↑） |
注：耐洗性指AATCC Test Method 135标准规定洗衣无限循环危害后遇到角保持着率>120°
6.2 焙烘温度与时长
有效热塑是以确保耐久度性的要素 。的不同管理体系营养状态感有地域差异：
| 整理剂类型 |
推荐焙烘温度（℃） |
时间（s） |
交联机制 |
| 氟代丙烯酸酯 |
150–160 |
90–120 |
自交联或与树脂共交联 |
| 氟硅烷类 |
130–140 |
60–90 |
缩合反应形成Si-O-Si网络 |
| 水性AG贵宾厅游戏型（如EcoElite™） |
170–180 |
45–60 |
热引发自由基聚合 |
平均温度欠佳会会导致残余竞聚率 ，损害优质性；过高则激发黄变或双固损失率 。
6.3 纤维种类与前处理质量
与众不同化学纤维对梳理剂的吸附剂专业能力地域差异取得：
| 纤维类型 |
表面官能团 |
含氟整理剂结合力 |
典型接触角提升幅度 |
| 棉 |
-OH丰富 |
中等（需阳离子改性增强） |
Δθ ≈ +110° |
| 涤纶 |
酯基为主 |
较强（疏水相容性好） |
Δθ ≈ +120° |
| 尼龙 |
-NH₂, -COOH |
强（可形成氢键） |
Δθ ≈ +115° |
| 羊毛 |
角蛋白复杂结构 |
易损伤 ，需温和工艺 |
Δθ ≈ +100° |
因此 ，退浆、精练、洗白等前处理务必完全彻底去除食用油、多糖等杂物 ，不可能会的阻碍收集剂光滑生长 。
七、耐久性与AG贵宾厅游戏适应性评估
7.1 洗涤与摩擦耐受性
能力性梳理的大对决就在于耐用度性 。国际上统一自测准则涵盖AATCC 61（加速度洗條）、AATCC 93（马丁代尔抗刮）等 。
某品牌户外服装面料经20次家用洗衣机模拟洗涤后性能变化如下：
| 性能指标 |
初始值 |
洗涤20次后 |
保留率 |
| 水接触角 |
145° |
130° |
89.7% |
| 防油等级（AATCC 118） |
8级（正辛烷不渗） |
6级（轻微渗透） |
— |
| 表面能 |
21.3 mN/m |
24.6 mN/m |
86.6% |
讲解特氟龙膜层在致使反复机械设备目的下慢慢的偏磨 ，但基本点拒水工作仍可延续较长期限 。
7.2 紫外老化与气候暴露
长期性的曝晒会导至C-F键这部分裂开 ，十分在太阳光的紫外光线光波（290–400 nm）卡路里激起下 。移除太阳光的紫外光线线吸附剂（如苯并三唑类）可延长吸附 。
在户外日晒雨淋疲劳试验（QUV-A, 500 h）最终提示：
| 项目 |
曝晒前 |
曝晒后 |
变化率 |
| 接触角 |
142° |
128° |
↓9.9% |
| F/C原子比（XPS） |
0.82 |
0.61 |
↓25.6% |
| 白度指数 |
82.3 |
76.5 |
↓7.0% |
警告需到中档采用初中升高中虑复合型防防原则 。
八、新型发展趋势与替代方案比较
伴随干净法律法规趋严（如欧盟国家REACH受限制PFOS/PFOA） ，过去的长链氟化物渐渐被停产 。新那代短链氟化物（C6/C4）及无氟疏水剂加入研制火热 。
| 类型 |
代表产品 |
水接触角 |
防油性 |
AG贵宾厅游戏性 |
成本 |
| 长链氟化物（C8） |
Teflon® Repellent 10J |
145° |
8级 |
已禁用 |
高 |
| 短链氟化物（C6） |
AG-E055 |
140° |
6–7级 |
可接受 |
中高 |
| 无氟丙烯酸酯 |
Sympatex Hydromove |
125° |
3–4级 |
优 |
中 |
| 纳米二氧化硅+硅油 |
Nano-Tex® |
150°+ |
无 |
优 |
高（设备投入大） |
值得一看主意的是 ，的部分无氟管理体系虽能实现较高排斥角 ，但防油工作能力年轻化较弱 ，未能各种需求的专业防范各种需求 。于是 ，当下中低端高功效护肤品仍以C6氟化物为中低端过渡方案怎么写 。
与此一并 ，等阳离子体帮助基性岩、电子落实责任基性岩（ALD）、落实责任自按装（LBL）等较为先进技术水平真正宇宙探索更匀称、更薄、更持久的含氟纳米涂层相对路径 。
九、典型应用场景实例分析
9.1 户外运动服装
冲峰衣料子常按照二三层组合结构设计（内层增强尼龙+PU膜+里衬） ，内层料子经特氟龙处置后兼顾防臭与防泼水能力 。GORE-TEX达成合作朋友们料子经测试仪：
- 水接触角：143° ± 2°
- 表面能：22 mN/m
- 洗涤50次后防泼水评级仍达4级（AATCC 22）
9.2 医疗防护服
介入手术服、底部隔离衣需求既防鲜血渗透性又始终维持宽敞性 。某产的SMS涤纶无纺布经Asahiguard® AG-E055外理：
- 对人工血液（表面张力~46 mN/m）接触角达130°
- 抗合成血穿透压力 >14 kPa（符合GB 19082-2009）
- 经环氧乙烷灭菌后性能稳定
9.3 家居纺织品
真皮沙发套、百叶窗帘等易污染源区域内适用特氟龙清理可有明显延长时间采用平均寿命 。IKEA个部分商品宣传“Stain Resistant”即对于某些技术工艺 ，测量美式咖啡滴经济落后30min内冲洗无残余的 。
十、结论（略）
面料业务联系：杨小姐微信同号
联系电话： 0512-5523 0820
公司地址：江苏省昆山市新南中路567号A2217
