ISOTS 108182023 纳米技术-含有纳米材料和纳米结构的纺织品-超疏水特性和耐久性评估标准立项发展报告

纳米技术——含有纳米材料和纳米结构的纺织品——超疏水特性和耐久性评估标准立项发展报告英文标题StandardizationDevelopmentReport:Nanotechnologies—Textilescontainingnanomaterialsandnanostructures—Superhydrophobiccharacteristicsanddurabilityassessment摘要关键词：纳米技术；超疏水纺织品；耐久性评估；标准化；ISO/TS10818；接触角；功能性纺织品Keywords:Nanotechnologies;Superhydrophobictextiles;Durabilityassessment;Standardization;ISO/TS10818;Contactangle;Functionaltextiles一、引言1.1超疏水纺织品的技术背景与发展现状超疏水纺织品是指经过特殊纳米结构设计和低表面能物质修饰后，表面水接触角大于150°、滚动角小于10°的功能性纺织品。自然界中的荷叶效应为超疏水表面的构建提供了仿生学启示——荷叶表面的微米级乳突结构与纳米级蜡质晶体协同作用，使水滴在叶面上呈球形并极易滚落，同时带走表面污物，实现自清洁功能。近年来，随着纳米材料制备技术和纺织品整理工艺的快速发展，超疏水纺织品已从实验室研究逐步走向产业化应用。在户外运动服装领域，超疏水整理赋予冲锋衣、帐篷等产品优异的防水透湿性能；在医疗防护领域，超疏水无纺布可有效阻隔血液、体液等液体渗透，降低交叉感染风险；在军事与航空航天领域，超疏水织物可用于抗结冰涂层和特种作战服装；此外，在智能可穿戴电子纺织品、油水分离材料等新兴领域，超疏水特性同样是关键功能指标之一。然而，超疏水纺织品在产业化进程中面临一个核心瓶颈——耐久性不足。超疏水性能的维持依赖纳米结构的完整性和低表面能物质的持续有效性，而纺织品在使用过程中不可避免地经历摩擦、洗涤、紫外线照射、化学腐蚀等外部因素的作用，导致疏水性能逐渐衰减。不同生产企业采用的测试方法和评价指标各不相同，ASTM、AATCC、GB/T等标准体系中对超疏水性能的测试原理和判定阈值也存在差异，致使市场上不同来源的产品质量参差不齐，用户难以客观评价和比较。1.2国际标准化需求分析在上述产业背景下，制定统一的超疏水纺织品特性评价标准和耐久性评估方法，已成为国际纺织行业和纳米技术领域的迫切需求。具体表现为以下方面：第一，测试方法互认需求。由于超疏水性能受测试环境（温度、湿度）、液滴体积、测试仪器精度等多种因素影响，不同实验室间测试结果的可比性较差。一套国际公认的标准化测试方案是实现检测结果互认的基础条件。第二，产品质量分级需求。超疏水纺织品的性能差异跨度大，从基础防水到超疏水再到自清洁，需要科学的分级评价体系。统一标准有助于建立清晰的性能分级框架，引导企业对标生产。第三，贸易壁垒应对需求。在当前国际贸易环境下，技术标准已成为重要的非关税贸易壁垒。国内超疏水纺织品出口企业在国际市场中面临标准不接轨的困境，亟需国际标准的引领。第四，纳米材料安全性评价需求。超疏水纺织品中纳米材料的使用引发了关于纳米颗粒释放、人体暴露风险和环境影响的担忧。统一标准有助于规范纳米材料在纺织品中的应用方式，并充分评估其安全性。二、ISO/TS10818:2023标准概述2.1标准基本信息ISO/TS10818:2023《纳米技术——含有纳米材料和纳米结构的纺织品——超疏水特性和耐久性评估》由国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization,ISO）于2023年8月4日正式发布，标准状态为现行（Active）。该标准属于ISO/TC229（纳米技术委员会）与ISO/TC38（纺织品技术委员会）的联合工作成果，分类号为纺织产品综合，语言为英文。标准采用电子版加密PDF格式发布，售价808.0元人民币（约合115美元）。作为一项技术规范（TechnicalSpecification,TS），ISO/TS10818:2023不同于国际标准（IS），其制定周期相对较短，旨在快速响应市场需求，为尚处于技术演进阶段的新兴领域提供指导性技术文件。按照ISO规则，技术规范发布后需在三年内进行复审，届时根据反馈决定是否将其转化为正式国际标准、延长有效期或予以废止。2.2标准制定背景与过程ISO/TS10818:2023的制定工作由ISO/TC229（纳米技术委员会）发起，工作组WG4（纳米材料性能测试）具体负责起草。中国、韩国、日本、德国、美国等主要纺织和纳米技术大国均深度参与了标准制定过程。中国作为纺织品生产和出口大国，在标准制定中积极贡献了关于超疏水纺织品测试方法的研究成果，中国纺织工业联合会、国家纳米科学中心等机构提供了大量实验数据和技术支撑。标准制定过程经历了提案阶段（NP）、工作草案阶段（WD）、委员会草案阶段（CD）、国际标准草案阶段（DIS）和最终国际标准草案阶段（FDIS）等多个阶段的严格审议。特别是在超疏水特性的判定阈值、耐久性测试的加速老化条件设定等关键技术参数上，各国专家经过多轮深入讨论，最终达成了共识。该标准的发布体现了国际社会在纳米纺织品标准化领域的高度重视和协同努力。三、标准核心内容详解3.1超疏水特性的定量评价指标体系ISO/TS10818:2023的核心贡献之一在于建立了超疏水纺织品特性的多维度定量评价指标体系。该体系主要包括以下核心参数：3.1.1静态水接触角（StaticWaterContactAngle,SWCA）静态水接触角是评价超疏水性能最为直观和基础的指标。标准明确规定，超疏水纺织品的水接触角应不小于150°。在具体测试中，标准对测试条件进行了严格规定：测试环境温度应控制在（23±2）℃，相对湿度为（50±10）%，去离子水滴的液滴体积为（5±0.5）μL，液滴在织物表面停留时间应不小于60秒后再进行接触角测量。为保证数据的统计代表性，标准要求在样品不同位置至少测量5个点，取算术平均值作为最终结果。值得注意的是，标准对测试时长的规定进行了充分论证。研究显示，液滴在超疏水表面停留时间过长时会因蒸发导致体积缩小和浓度变化，影响测量精度；而停留时间过短则无法充分反映液滴与表面之间的真实相互作用。60秒的平衡时间是在系统实验基础上的最优化选择。3.1.2滚动角（SlidingAngle,SA）滚动角是指液滴在倾斜表面上开始滚动时倾斜面与水平面之间的临界角度。标准规定超疏水纺织品的滚动角应不大于10°。滚动角的测试方法是将5μL水滴置于水平放置的织物样品表面，然后以恒定速率（标准推荐为1°/s）逐渐倾斜样品台，通过光学系统实时记录液滴的滚动情况。低滚动角意味着液滴极易从织物表面滚落，反映水滴与表面的粘附力较低，这是实现自清洁功能的关键参数。标准特别指出，对于表面结构复杂、存在绒毛或起绒织物的样品，滚动角的精确测量可能受到表面粗糙度干扰，此时应采用光学投影法并辅以高速摄像记录，以保证测量结果的准确性。3.1.3接触角滞后（ContactAngleHysteresis,CAH）接触角滞后（前进接触角与后退接触角的差值）反映了液滴在固体表面运动的难易程度。虽然该参数在超疏水表面的评价中至关重要，但其测量在纺织品表面的实施难度较高。标准中建议将接触角滞后作为辅助参考指标，推荐使用倾斜板法或增减液滴法进行测量，并给出了具体测量流程和数据处理方法。3.1.4表面自由能估算标准附录中提供了基于Owens-Wendt-Rabel-Kaelble（OWRK）模型或vanOss-Chaudhury-Good酸-碱模型的表面自由能估算方法。通过使用水、二碘甲烷等不同表面张力的测试液体，测量其在纺织品表面的接触角，可计算得到纺织品的表面自由能及其极性分量和色散分量。超疏水表面通常具有较低的表面自由能（一般低于20mN/m），该参数从物理本质上反映了材料的疏水性能。3.2耐久性评估方法超疏水纺织品的耐久性是其能否在实际应用中保持长期功能的核心指标。ISO/TS10818:2023建立了一套系统的耐久性评估方法，涵盖以下方面：3.2.1耐磨性测试标准采用Martindale耐磨试验法或Taber耐磨试验法对超疏水纺织品进行磨损处理，以模拟实际穿着和使用过程中的机械摩擦。磨损循环次数根据纺织品的预期使用场景设定为500次、1,000次、2,500次和5,000次等梯度等级。磨损后样品需按照标准规定的条件重新测量水接触角和滚动角，并计算性能保持率。标准规定，经规定次数磨损后，样品的水接触角保持率（磨损后接触角/初始接触角×100%）不低于80%时，可判定其具有良好的耐磨耐久性；滚动角的劣化程度也需予以综合考虑。3.2.2耐洗涤性能测试洗涤是日常生活中纺织品最常经历的考验。标准参照ISO6330《纺织品——纺织品试验的家庭洗涤和干燥程序》规定的洗涤条件，设定了5次、10次、20次、30次、50次等洗涤循环梯度的测试方案。洗涤温度可选择30℃或40℃，洗涤剂采用标准ECE无磷洗涤剂，干燥方式为悬挂晾干或滚筒烘干。研究数据表明，大多数超疏水纺织品在10次标准洗涤后接触角出现显著下降，这主要归因于洗涤过程中表面活性剂对低表面能涂层的乳化和剥离作用，以及机械搅拌力对纳米结构的破坏。标准要求在进行耐洗涤性能评估后，需在报告中明确标注洗涤方法、温度和循环次数，以便不同实验室间的结果比较。3.2.3耐紫外老化性能紫外辐射是导致超疏水纺织品老化的重要因素之一。标准参照ISO4892-3标准方法，采用紫外荧光老化试验箱进行加速老化试验。推荐试验条件为：UVA-340灯管，辐照度0.89W/(m²·nm)@340nm，黑板温度（60±3）℃，光照-冷凝循环（4h光照-4h冷凝）。建议暴露时间设定为48h、96h、168h、240h和500h，对应不同程度的紫外老化。耐紫外老化性能的评定除了关注接触角和滚动角的变化外，还应综合评估纺织品表面颜色变化（ΔE）、拉伸强度保持率等物理性能指标。3.2.4耐化学介质性能在实际应用中，超疏水纺织品可能接触各种化学介质（如酸雨、洗涤剂溶液、汗液、有机溶剂等）。标准推荐将样品分别浸泡在0.1mol/L盐酸溶液、0.1mol/L氢氧化钠溶液、标准合成汗液和体积分数为50%的乙醇水溶液中，在室温下浸泡24小时或72小时后取出，经去离子水充分冲洗和干燥后，测试超疏水性能的保持情况。3.2.5综合耐久性评价标准要求最终的耐久性评价报告应综合上述各项单项测试结果，分为三个等级：Ⅰ级（优秀）——经各项耐久性测试后，接触角保持率≥90%；Ⅱ级（良好）——接触角保持率≥80%且<90%；Ⅲ级（一般）——接触角保持率≥70%且<80%。低于Ⅲ级标准的样品视为不具备实用耐久性。3.3标准适用范围及规范性引用文件ISO/TS10818:2023适用于含有纳米材料或纳米结构、声称具有超疏水特性的各类纺织品，包括但不限于机织物、针织物、非织造布及其制品。标准不适用于仅限于防水整理（非超疏水）的纺织品——其水接触角介于90°~150°之间的情况不在本标准的评定范围内。标准规范性引用了ISO6330（纺织品家庭洗涤和干燥程序）、ISO105-A02（颜色变化的灰卡评定）、ISO139（调湿和试验用标准大气）、ISO3696（分析实验室用水）等国际标准，构建了完整的标准引用体系。四、标准的行业意义与应用价值4.1填补国际标准空白在ISO/TS10818:2023发布之前，国际上尚无专门针对含有纳米材料的超疏水纺织品性能评价的专门标准。现有的ISO23231:2008（纺织品——防水性能——静水压试验）等标准主要针对传统防水纺织品，其测试原理和评价指标无法充分反映超疏水纺织品的独特性能特征。ISO/TS10818的发布填补了这一重要国际标准空白，为纳米功能纺织品领域提供了急需的标准化支撑。4.2构建技术贸易规则超疏水纺织品是纳米技术产业化的重要方向之一。作为ISO层面发布的首项专门评价超疏水纺织品性能的技术规范，ISO/TS10818:2023为世界各国的超疏水纺织品贸易提供了统一的技术语言和评价基准。出口企业在产品宣传中可依据该标准对超疏水等级进行明确标注，有助于消除贸易壁垒、降低交易成本。4.3推动质量提升与产业升级该标准的实施将对超疏水纺织品行业产生深远的质量引领作用。通过明确的技术要求和测试评价方法，标准倒逼生产企业加强研发投入，优化纳米涂层配方和整理工艺，提升产品的超疏水性能和耐久性水平。同时，标准中分级评价的思路也为产品差异化定位提供了技术依据，有助于推动产业结构从低端同质化竞争向高端差异化发展转变。4.4促进检测认证与市场监管随着ISO/TS10818:2023的发布和推广，第三方检测机构可依据该标准开展超疏水纺织品的性能检测与等级认证。市场监管部门也可以该标准为依据，对市场上宣称超疏水功能的纺织产品进行质量监督抽查，维护消费者合法权益，规范市场秩序。五、主要起草单位介绍——国际标准化组织纳米技术委员会（ISO/TC229）5.1委员会概况ISO/TC229（纳米技术委员会）成立于2005年，是国际标准化组织下属专门负责纳米技术领域标准制定的技术委员会。秘书处由英国标准协会（BSI）承担，联合秘书处为韩国技术标准局（KATS）。ISO/TC229下设工作组涵盖纳米材料表征、纳米健康安全、纳米产品性能测试等多个方向，截至目前已发布和正在制定的国际标准超过80项，其标准体系覆盖术语与定义、计量与表征、健康安全与环境、产品性能评估等核心领域。5.2核心使命与工作机制ISO/TC229的核心使命是为全球纳米技术研发和产业化构建统一的标准化支撑体系，促进纳米技术创新成果向标准转化。委员会通过建立系统化的标准架构（术语、测试方法、规范、指南等层次），确保标准间的协调一致性和互补性，同时积极参与国际度量衡委员会（CIPM）框架下的纳米计量协调工作，保障标准化体系与国际计量体系的对接。ISO/TC229与ISO/TC38（纺织品）、ISO/TC194（医疗器械生物学评价）、ISO/TC146（空气质量）等多个技术委员会建立了紧密的合作关系，以联合工作组的形式共同制定跨领域标准。ISO/TS10818:2023即是ISO/TC229与ISO/TC38合作的典型成果，体现了跨技术委员会协同制定标准的有效机制。5.3对ISO/TS10818:2023的贡