張廣知,黃小華
(安徽工程大學(xué) 安徽省紡織面料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 蕪湖 241000)
隨著篷蓋布應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,傳統(tǒng)功能單一的篷蓋布難以滿足軍用、產(chǎn)業(yè)用、民用等使用要求,篷蓋布的發(fā)展趨向于多功能性。涂層法是實(shí)現(xiàn)紡織品多功能的重要方法,多功能化[1]、智能化[2]、綠色環(huán)?;羌徔椘吠繉诱恚?-5]研究的熱門課題。徐旭凡[4]采用轉(zhuǎn)移涂層法,在聚氨酯涂層漿中加入殼聚糖,制得了具有防水透濕、抗菌效果的多功能織物。馬曉光等[6]以T/C高強(qiáng)平紋織物為基布,采用改性的聚丙烯酸酯TP為涂層整理劑,制得具有阻燃、防水透濕、拒油、耐化學(xué)腐蝕、耐老化、防近紅外探測等多種功能的涂層織物。張健飛等[7]在聚氨酯涂層劑中加入阻燃劑對滌綸基布進(jìn)行涂層整理,制得具有防水透濕和阻燃效果的多功能涂層織物。鄭今歡等[8]結(jié)合抗紫外線屏蔽劑,采用多種涂層劑對純棉漂白布和尼絲紡織物進(jìn)行涂層加工,制成了具有防水透濕和良好紫外線防護(hù)性能的多功能涂層織物。而結(jié)合涂料染色的同浴復(fù)合功能涂層整理研究未見文獻(xiàn)報(bào)道。
另外,隨著全球?qū)Νh(huán)保、節(jié)能減排的關(guān)注,傳統(tǒng)的“先染料染色再單一防水整理”分步生產(chǎn)技術(shù)受到了嚴(yán)重的挑戰(zhàn),本文采用同浴涂層法對純棉篷蓋布進(jìn)行涂料染色、拒水拒油整理、阻燃整理等復(fù)合多功能加工,大大縮短生產(chǎn)工序,節(jié)約用水,降低能耗,減少污水排放,具有較好的實(shí)用價(jià)值。
純棉篷蓋布,經(jīng)緯紗線密度均為27.8 tex×2,經(jīng)緯密為232根/10cm×200根/10cm(蕪湖強(qiáng)力紡織品有限公司)。
無光涂層劑PU-801(工業(yè)品,遼寧恒星精細(xì)化工有限公司);阻燃劑 PES-M、阻燃粉 PD(工業(yè)品,杭州伊聯(lián)化工有限公司);TG-435(工業(yè)品,上海大金);水性聚氨酯黏合劑(自制)。
MATHISLTF型涂層機(jī)(瑞士),JMU型針板拉幅熱定型機(jī)(北京紡織機(jī)械器材研究所),M214型表面抗?jié)裥阅茉囼?yàn)儀(山東省紡織儀器有限公司),YG815A型織物阻燃性能測試儀、YG812D型織物滲水性測定儀(溫州方圓儀器有限公司),S-4800型冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡及附件 X-射線能譜分析儀(日本日立),DTG-60H熱重分析儀(日本島津),YG815垂直法織物燃燒性能測試儀。
涂層配方:涂層漿65份,涂料(自配軍綠色)8份,自制黏合劑20份,加水適量合成100份。
工藝流程:篷蓋布半制品→ 涂層 → 烘干(100℃)→涂層→烘干(100℃)→焙烘(160℃/3 min)→ 測試。
涂層漿組成:主要由涂層劑 PU-801、阻燃劑PES-M、阻燃粉PD、防水劑等組成,設(shè)計(jì)5種組分不同的涂層漿,見表1。
1.4.1 阻燃性能測試
參照GB/T 5455—1997《紡織品燃燒性能試驗(yàn)垂直法》進(jìn)行測試。
表1 涂層漿組分設(shè)計(jì)Tab.1 Composition design of coating slurry
參照GB/T 17591—2006《阻燃機(jī)織物》的阻燃性能指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)。B1級:損毀炭長≤15cm,續(xù)燃時(shí)間≤5 s,陰燃時(shí)間≤5 s。B2級:損毀炭長≤20cm,續(xù)燃時(shí)間≤15 s,陰燃時(shí)間≤10 s。
1.4.2 拒水拒油性能測試
在M214型織物沾水儀上進(jìn)行拒水柜油性能測試,參照 GB/T 4745—1997《紡織織物 表面抗?jié)裥詼y定 沾水試驗(yàn)》進(jìn)行評級(拒油性能測試模仿拒水性能測試方法,以植物油代替去離子水)。
1.4.3 靜水壓測試
在YG812D型織物靜水滲水性測定儀上,按GB/T 4744—1997《紡織織物 抗?jié)B水性測定 靜水壓試驗(yàn)》進(jìn)行測試。
1.4.4 織物表面形態(tài)表征和表面元素分析
采用日本日立公司的S-4800型冷場發(fā)射掃描電鏡對織物形態(tài)進(jìn)行掃描,并采用能譜附件對纖維表面成分進(jìn)行分析。
1.4.5 熱重分析
熱重分析在日本島津公司的DTG-60H熱重分析儀上測試。測試條件:氮?dú)鈿夥眨瑲饬鳛?0 mL/min,升溫速度為10℃ /min,溫度范圍為40~700℃,樣品質(zhì)量為1~5 mg。
表2 、3示出不同組分涂層漿對涂層效果的影響??煽闯觯煌M分涂層漿對織物的防水性能和阻燃性能影響較大,而對染色性能沒有明顯影響,隨著涂層漿中水性聚氨酯涂層劑用量的增加,拒水拒油整理劑和阻燃整理劑用量的減少,織物耐靜水壓越來越好,但織物的拒水拒油指標(biāo)和阻燃指標(biāo)都出現(xiàn)了不同程度下降,因?yàn)樗跃郯滨コ赡ば阅茌^好,封閉織物的空隙,因而耐水壓會升高,但隨著其用量增加,織物上含氟、含磷量的絕對值會有所降低,導(dǎo)致拒水拒油性能和阻燃性能下降。綜合考慮,選擇3號組分較為合適。
表2 涂層漿組分對拒水拒油、染色效果的影響Tab.2 Influence of composition of coating slurry on effect of water-and oil-repellence and dyeing
表4 、5示出涂層量對涂層效果的影響。可以看出,涂層量大小明顯影響涂層織物耐水壓、阻燃性能和拒油性,而對拒水性能、染色性能幾乎無影響。隨著涂層量增大,織物耐水壓也增大,主要是由于涂層量增大,織物表面形成的膜厚度和交聯(lián)程度增大,抗水滲透性能增強(qiáng),所以織物耐水壓增大;隨著涂層量增大,織物表面含磷量、含氟量的絕對值也會隨著增大,因而阻燃性能、拒油性能都有所提高。綜合考慮,選用涂層量為197g/m2較為合適。
表4 涂層量對拒水拒油、染色性能的影響Tab.4 Influence of coating quantity on effect of water-and oil-repellent finishing and dyeing
表5 涂層量對阻燃性能的影響Tab.5 Influence of coating quantity on effect of flame retardant finishing
綜上,純棉篷蓋布復(fù)合功能涂層整理優(yōu)化工藝為:涂層漿65份(其中涂層劑PU-801 60份;阻燃劑PES-M 20份;防水劑TG-435 20份;阻燃粉20%(對涂層漿));自制黏合劑 20份;加適量水;涂層量197g/m2;焙烘溫度160℃;焙烘時(shí)間3 min。
圖1 示出純棉篷蓋布復(fù)合功能涂層前后的SEM照片??梢钥吹?,與未處理棉纖維相比,經(jīng)過復(fù)合功能涂層后,純棉篷蓋布表面覆蓋了一層薄膜,同時(shí)可以看到有一些微粒附著(可能為阻燃粉),纖維之間存在一些相互黏連,這說明阻燃劑、拒水拒油整理劑、黏合劑等和纖維素之間可能形成了共價(jià)交聯(lián),在織物表面形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的薄膜包覆在纖維表面,封閉織物組織點(diǎn)之間的空隙,表面光滑性略有提高。
圖1 純棉蓬蓋布SEM照片F(xiàn)ig.1 SEM images of cotton canvas.(a)Original sample;(b)Composite coating sample
表6 示出采用掃描電鏡的能譜附件(XPS)對純棉篷蓋布涂層前后表面元素分析的結(jié)果。可以看出,同浴涂層法復(fù)合功能加工后,纖維表面氟元素的相對含量達(dá)到12.17%,而纖維表面磷元素的相對含量達(dá)到8.88%??椢锞芩苡托阅芎脡娜Q于其表面拒水拒油整理劑含量,即纖維上氟含量,纖維表面氟含量的多少,也反映了纖維上總的氟含量的多少[9];同樣,阻燃性能好壞取決于織物表面阻燃整理劑含量,即取決于纖維上磷含量,纖維表面磷含量的多少,也反映了纖維上總的磷含量的多少[10]。因此,涂層法復(fù)合功能整理后,織物上含有一定量的氟、磷,因此織物拒水拒油效果均達(dá)4級以上,靜水壓達(dá)到18.0 kPa以上,阻燃效果都達(dá)國標(biāo)B1級。
表6 純棉篷蓋布表面元素Tab.6 Surface elements of cotton canvas
圖2 示出復(fù)合功能涂層前后織物的TGA熱譜圖。由圖可知,同浴涂層法復(fù)合功能加工前后棉織物熱裂解都存在3個(gè)裂解階段:初始裂解、主要裂解和殘?jiān)呀怆A段[11]。復(fù)合功能涂層后,初始裂解階段溫度為40~249.14℃,失重率約為7.86%;主要裂解階段溫度為249.14~332.13℃,失重率約為37.78%;332.13℃以后裂解屬于殘?jiān)呀怆A段,失重率為26.73%,且整理后各階段裂解溫度比未整理的出現(xiàn)均有明顯降低,主要裂解階段更為顯著,由未整理時(shí)的279.17~390.31℃降為整理后的249.14~332.13℃,在700℃時(shí)殘?jiān)坑晌凑頃r(shí)的17.67%提高到整理后的27.63%。主要是含磷阻燃劑在高溫時(shí)分解產(chǎn)生的磷酸、聚偏磷酸對棉纖維具有強(qiáng)烈的催化和脫水作用,促使棉纖維炭化,抑制左旋葡萄糖生成,說明纖維素阻燃屬于凝聚相阻燃機(jī)制。
圖2 純棉篷蓋布TGA熱譜圖Fig.2 TGA of cotton canvas
1)同浴涂層法復(fù)合功能整理后,纖維表面氟元素的相對含量達(dá)到12.17%;磷元素的相對含量達(dá)到8.88%,因而具有較好的拒水拒油和阻燃性能。同時(shí)涂層劑以及黏合劑等在織物表面形成膜結(jié)構(gòu),封閉織物表面紗線組織空隙,纖維表面也有一些固體附著物,具有較高的靜水壓和較佳的染色濕摩擦牢度。
2)同浴涂層法復(fù)合功能整理后,各階段裂解溫度都比未整理有所降低,主要裂解階段更為顯著,700℃時(shí)殘?jiān)棵黠@提高。
3)純棉篷蓋布復(fù)合功能涂層整理優(yōu)化工藝為:涂層漿65份(其中涂層劑 PU-801 60份;阻燃劑PES-M 20份;防水劑TG-435 20份;阻燃粉20%(對涂層漿));黏合劑 20份;加適量水;涂層量197g/m2;焙烘溫度160℃;焙烘時(shí)間3 min。
[1]陳麗華.不同種類防水透濕織物的性能及發(fā)展[J].紡織學(xué)報(bào),2012,33(7):151-158.CHEN Lihua.Properties and development trends of different kinds of waterproof and moisture permeable fabrics [J].JournalofTextile Research, 2012,33(7):151-158.
[2]施楣梧,肖紅.智能紡織品的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].高科技纖維及應(yīng)用,2010,35(4):5-8,15.SHIMeiwu,XIAO Hong.The presentstate and perspectives of the smart textiles[J].Hi-Tech Fiber &Application,2010,35(4):5-8,15.
[3]徐旭凡,王善元.聚氨酯轉(zhuǎn)移涂層織物的透濕防水性能[J].紡織學(xué)報(bào),2005,26(3):82-84.XU Xufan,WANG Shanyuan.Water-proof and moisture permeability of polyurethane transfer coated fabrics[J].Journal of Textile Research,2005,26(3):82-84.
[4]徐旭凡.多功能聚氨酯涂層織物的制備及性能[J].紡織學(xué)報(bào),2006,27(3):71-73.XU Xufan.Manufacture and performance of polyurethane coated multifunctional fabrics[J].Journal of Textile Research,2006,27(3):71-73.
[5]楊銀英,賈哲昆,孟家光.防水透濕織物的加工技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代紡織技術(shù),2010(1):58-60.YANG Yinying,JIA Zhekun,MENG Jiaguang.Process technique and developmentofmoisture permeablity principle of waterproof and moisture permeable fabric[J].Modern Textile Technology, 2010 (1):58-60.
[6]馬曉光,鄧新華,顧振亞,等.多功能涂層織物的研究[J].紡織學(xué)報(bào),1997,18(2):19-23.MA Xiaoguang,DENG Xinhua,GU Zhenhua,et al.Research of multifunctional coating fabrics[J].Journal of Textile Research,1997,18(2):19-23.
[7]張健飛,洪永華.多功能涂層織物的性能研究[J].印染,2000,26(7):9-11.ZHANG Jianfei,HONG Yonghua.Performance of multifunctional coated fabric[J].Dyeing and Finishing,2000,26(7):9-11.
[8]鄭今歡,汪瀾,封云芳.功能性涂層織物工藝研究[J].浙江工程學(xué)院學(xué)報(bào),2002,19(3):149-152.ZHENG Jinhuan,WANG Lan,F(xiàn)ENG Yunfang.Study on processes of functional coated fabrics[J].Journal of Zhejiang Institute of Science and Technology,2002,19(3):149-152.
[9]劉振波.棉織物有機(jī)氟拒水拒油整理及納米粉體抗靜電改性研究[D].蘇州:蘇州大學(xué),2007.LIU Zhenbo.Study on water and oil repellent finishing ofcotton fabrie by use of organie fluorine and modifieation with antistatic nano-powder[D].Suzhou:Soochow University,2007.
[10]WU Weidong, YANG CharlesQ.Comparison of different reactive organophosphorus flame retardant agents for cotton: part II: fabric flame resistant performance and physicalproperties [J].Polymer Degradation and Stability,2007,92(3):363-369.
[11]朱平,隋淑英,王炳,等.阻燃及未阻燃棉織物的熱裂解[J].紡織學(xué)報(bào),2002(12):32-33.ZHU Ping,SUI Shuying,WANG Bing,et al.Study of pyrolysis process and products of flame-retardant cotton fabrics[J].Journal of Textile Research,2002(12):32-33.