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        水性聚丙烯酸酯涂層織物耐水壓控制

        2015-12-08 08:25:17敬小波華繼軍汪小燕周正榮
        杭州化工 2015年4期
        關(guān)鍵詞:基布丙烯酸酯成膜

        敬小波,華繼軍,汪小燕,周正榮

        (浙江傳化股份有限公司,浙江杭州311215)

        水性聚丙烯酸酯涂層織物耐水壓控制

        敬小波,華繼軍,汪小燕,周正榮

        (浙江傳化股份有限公司,浙江杭州311215)

        介紹了水性聚丙烯酸酯乳液的合成及涂層膜的形成機(jī)理,分析了基布、丙烯酸酯乳液及加工工藝對(duì)耐水壓的影響,提出了對(duì)高耐水壓涂層織物的一些觀點(diǎn)。

        水性;聚丙烯酸酯;涂層;涂層織物;耐水壓

        箱包、帳篷、雨傘、羽絨服、沖鋒衣等功能性織物加工時(shí),不僅需要滿足手感和牢度等常規(guī)要求,而且有更重要的耐水壓性能的指標(biāo)要求[1]。若此類(lèi)產(chǎn)品的耐水壓性能低,就直接失去了其使用價(jià)值。耐水壓織物一般分為二類(lèi),一類(lèi)是采用粘合劑將聚四氟乙烯或聚酯等薄膜與織物通過(guò)層壓工藝復(fù)合,層壓織物雖然性能突出但工藝復(fù)雜且不耐水洗;另一類(lèi)是采用涂層劑進(jìn)行濕法或干法涂層使織物達(dá)到耐水壓效果,其工藝實(shí)施方便且性能優(yōu)異[2]。涂層織物通常是指在織物表面均勻涂覆一層或多層能連續(xù)成膜的聚合物材料,改變織物外觀風(fēng)格,增加功能性并提高附加值。目前全球涂層織物已占紡織品總量的30%,涂層劑消耗量已達(dá)紡織總助劑重量的50%[3]。由于織物本身大多只具有很低的耐水壓,這就要求使用的涂層膠水能在織物表面形成不溶于水且能耐水壓沖擊的膜,從而提升織物的耐水壓性能。紡織涂層的耐水壓性能不同于常見(jiàn)的拒水性能,高耐水壓織物也可分為透濕和不透濕,如羽絨服、沖鋒衣就需要有透濕高耐水壓(透汗),而箱包布、帳篷和雨傘等則不需要透濕[4]。

        目前涂層劑使用最廣泛的主要是聚氨酯(PU)、聚丙烯酸酯(PA)及其改性、復(fù)配物。溶劑型膠水因成膜性好和拒水等優(yōu)勢(shì)而具有較好的耐水壓性能,但要消耗大量有機(jī)溶劑,造成污染和安全隱患。水性涂層膠則主要以水為分散介質(zhì),價(jià)格低且安全環(huán)保,乳液黏度與聚合物相對(duì)分子質(zhì)量無(wú)關(guān),從而有利于傳熱及合成操作[5]。隨著環(huán)保及安全壓力不斷加大,以及有機(jī)溶劑價(jià)格的大幅上漲,水性膠的使用量逐年增加。在水性膠當(dāng)中,聚氨酯耐低溫、耐溶劑性好,且具有良好的彈性和柔韌性,但水洗牢度差,易黃變且價(jià)格較高[3]。而用于織物涂層的聚丙烯酸酯乳液,機(jī)械強(qiáng)度高,耐黃變、耐老化、耐水性好,且價(jià)格便宜,所以水性聚丙烯酸酯一直是耐水壓涂層織物的研究重點(diǎn),但是其相關(guān)介紹卻非常少[6]。

        1 耐水壓測(cè)試及涂層織物工藝

        1.1織物耐水壓性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

        不同于測(cè)試拒水性能的噴淋實(shí)驗(yàn)或沾水試驗(yàn),織物的耐水壓性能通常用抗?jié)B水性測(cè)試來(lái)表征,以織物能承受的靜水壓來(lái)表示水透過(guò)織物所遇到的阻力,故也稱(chēng)為靜水壓測(cè)試法。根據(jù)GB/74744—1997《紡織織物抗?jié)B水性測(cè)定靜水壓試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn),測(cè)試方法是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,織物的一面承受勻速上升的水壓,直到布面有3處滲水為止,記錄此時(shí)的壓力,即為該織物的耐水壓指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定水壓從試樣的涂層面或背面施加,但由于耐水壓織物使用時(shí)都是水從涂層面滲透到內(nèi)部,故測(cè)試時(shí)水壓應(yīng)從涂層面施加[7]。根據(jù)用途不同,客戶(hù)對(duì)紡織物耐水壓要求不同,較低的要求在5千帕左右,高的時(shí)候甚至需要到20~100千帕。

        1.2涂層織物工藝

        水性聚丙烯酸酯可廣泛用作尼絲紡、棉、滌綸、帆布等織物的涂層劑,并可以通過(guò)直接涂層或轉(zhuǎn)移涂層進(jìn)行加工,以獲得各種功能性材料。直接涂層是織物涂層的主要方式,本文主要在直接涂層基礎(chǔ)上分析耐水壓控制。其普通工序是:織物經(jīng)過(guò)軋光、防水整理,涂層膠增稠到合適黏度進(jìn)行刮涂,烘干并進(jìn)一步培烘。根據(jù)需要可以再逆向刮涂、培烘一次,以降低成膜缺陷從而提升耐水壓指標(biāo)。

        2 水性聚丙烯酸酯合成及涂層膜的形成

        2.1水性聚丙烯酸酯合成

        水性聚丙烯酸酯主要通過(guò)乳液聚合得到,由單體、水、水溶性引發(fā)劑和乳化劑組成。單體在乳化劑作用下形成乳狀液,加熱和引發(fā)劑作用下發(fā)生聚合反應(yīng)。在聚合的單體中,除一般的硬性、軟性、交聯(lián)單體外,還可以引入一些親水或疏水性單體、剛性單體或大分子單體來(lái)增加功能性。在聚合工藝上也可以采取半連續(xù)或間歇反應(yīng),預(yù)乳化及種子聚合技術(shù)。一些特殊的乳液聚合技術(shù)也被用于生產(chǎn)中,如微乳液、細(xì)乳液及互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等[8-9],核殼乳液也被用于合成高耐水壓聚丙烯酸酯乳液[10]。

        其中X可以是—H或—CH3等,

        R1可以是—H,—CH3,—C2H5,—C4H9等,

        R2可以是—OCOCH3,—C6H5,—Cl,—CN等。

        2.2涂層膜的形成

        涂層織物的耐水壓性能主要由涂層膜提供,因此涂層膜的形成及其質(zhì)量非常重要。如圖1所示,水性膠水增稠后,均勻涂覆在織物表面,根據(jù)織物本身的疏水性在布面有一定的滲透。在高溫下,織物表面的膠水隨著水分的迅速蒸發(fā),聚合物乳膠粒開(kāi)始接觸,逐漸變形并緊密堆積,然后形成連續(xù)的膜,而這些乳膠粒之間還會(huì)存在乳化劑、增稠劑、水和油蒸發(fā)形成的氣孔。完整的涂層膜為織物的耐水壓提供了表面拒水性和力學(xué)強(qiáng)度,這是保持高耐水壓的重要條件。下面詳細(xì)分析涂層織物耐水壓的影響因素。

        3 涂層織物耐水壓影響分析

        3.1織物對(duì)耐水壓的影響

        圖1 涂層膜的形成

        織物基布本身耐水壓指標(biāo)很低,與其纖維材料對(duì)水的潤(rùn)濕性有關(guān),潤(rùn)濕性越大織物耐水壓越差,潤(rùn)濕性大致排列順序?yàn)槊蓿倦婢]>羊毛>滌綸>丙綸,此外還與基布緊度、厚度、纖維彈性及軋光、防水整理等有關(guān)[11]。當(dāng)基布的總緊度低時(shí),其經(jīng)緯線網(wǎng)狀骨架太稀,漿料容易滲透導(dǎo)致涂層膜的厚度下降,一般需要緊度不得低于70%[12]。且基布作為整個(gè)涂層織物的承力層,若緊度或厚度低,當(dāng)水壓沖擊時(shí),不能有效支撐整個(gè)涂層織物,從而在中間產(chǎn)生較大凹面,導(dǎo)致涂層膜的破裂而不能耐水壓。若織物纖維彈性較大或纖維間容易滑動(dòng),涂層織物也容易在高水壓下發(fā)生較大形變引起破裂。由于水性膠和油性膠的區(qū)別,布面的潤(rùn)濕性、軋光和防水整理等也直接影響涂層膠的滲透和上漿量,直接影響耐水壓指標(biāo)?;嫉木o度和厚度高,彈性低及布面疏水,對(duì)耐水壓產(chǎn)生正面影響。

        3.2水性聚丙烯酸酯膠水對(duì)耐水壓的影響

        膠水對(duì)耐水壓的影響主要體現(xiàn)在涂層的形成及其疏水性和強(qiáng)度,涂層膜越疏水且強(qiáng)度高耐水壓越高。對(duì)耐水壓產(chǎn)生影響的涂層膠性能主要是指膠水的固含量、樹(shù)脂的相對(duì)分子質(zhì)量和玻璃化溫度,以及上機(jī)黏度。含固量低的膠水會(huì)降低成膜性及成膜后的強(qiáng)度,在相同條件下耐水壓較低。聚丙烯酸酯的相對(duì)分子質(zhì)量和玻璃化溫度高有利于提高涂層膜的強(qiáng)度和耐水壓,也可以通過(guò)添加內(nèi)交聯(lián)或外加交聯(lián)劑產(chǎn)生交聯(lián)來(lái)獲得。但是強(qiáng)度高而脆的話,耐水壓指標(biāo)反而會(huì)下降。涂層膜的親疏水性和聚丙烯酸酯本身有關(guān),而乳化劑、增稠劑等親水性物質(zhì)的添加也會(huì)大幅降低疏水性,所以需要盡量減少該類(lèi)物質(zhì),也可以合成自增稠性膠水減少增稠劑。涂層膜的疏水性可以通過(guò)膜接觸角的測(cè)試獲得。膠水合適的黏度及良好流平性可以得到更完整的涂層膜,控制滲透,對(duì)耐水壓產(chǎn)生正面影響。低黏度的涂層膠對(duì)織物的滲透性強(qiáng),在織物表面的成膜性差,而黏度過(guò)大時(shí),膠水流平性差導(dǎo)致成膜不均勻,都會(huì)影響涂層織物的耐水壓性能。

        3.3涂層工藝對(duì)耐水壓的影響

        涂層工藝也會(huì)對(duì)織物耐水壓產(chǎn)生很大影響,它決定了涂層質(zhì)量、厚度及孔隙的大小。涂層質(zhì)量要求整個(gè)布面上漿均勻,具有很好的牢度,局部瑕疵會(huì)影響整個(gè)涂層,要避免有未攪開(kāi)的增稠劑或聚丙烯酸酯膠塊。靜電作用也會(huì)造成瑕疵,纖維和刮刀摩擦能使涂層薄膜帶電,形成針眼而降低耐水壓,這可以安裝靜電消除裝置來(lái)解決。此外,若涂層太薄,涂層劑在表面不易連續(xù)成膜,耐水壓較低,膠水的固含量只是其中一部分,操作中也可以通過(guò)進(jìn)料角量來(lái)調(diào)節(jié)。在同樣條件下,上漿量提高1倍,耐水壓指標(biāo)通??商岣邤?shù)倍。進(jìn)料角的大小及進(jìn)料壓力,影響漿料和基布的貼合及漿料的流平、分散與成膜。

        膜的孔隙越大越多,涂層織物的耐水壓性能就越差,這可以用氣通量來(lái)考察孔隙率。孔隙的產(chǎn)生主要有3個(gè)原因:一是乳化劑在攪拌過(guò)程中因發(fā)泡產(chǎn)生,這就需要添加少量消泡劑進(jìn)行消泡,但消泡劑尤其是有機(jī)硅類(lèi)有可能分散不良,形成缺陷;二是高溫培烘時(shí)水和油迅速蒸發(fā)形成大量水蒸氣氣泡,破裂后形成氣孔,降低培烘溫度延長(zhǎng)時(shí)間,有利于減少氣孔;三是漿料流平性差的話,乳膠粒間不能有效形變緊密排列,產(chǎn)生粒子間孔隙。乳膠粒的粒徑小,涂層膜孔隙可能將越小,或乳液中分布有較小的乳膠粒來(lái)填補(bǔ)孔隙。生產(chǎn)中經(jīng)常使用二次刮涂,來(lái)提升涂層膜均勻性和厚度并降低孔隙,從而改善耐水壓性能。

        4 結(jié)語(yǔ)

        當(dāng)今國(guó)內(nèi)外涂層織物對(duì)耐水壓性能的要求越來(lái)越高,市場(chǎng)客戶(hù)眾多且需求量大,戶(hù)外運(yùn)動(dòng)裝備、消防及軍工需求增多,并且在抗災(zāi)等特殊時(shí)期可能會(huì)有巨大的增量。水性丙烯酸酯涂層性能優(yōu)異,節(jié)能環(huán)保,經(jīng)濟(jì)耐用,是耐水壓織物的潮流。在其加工中,影響耐水壓的因素眾多,總的來(lái)說(shuō)就是要提高基布和涂層膜的強(qiáng)度,減少涂層膜的瑕疵和孔隙,并提高涂層膜的疏水性。要綜合性地對(duì)被涂織物的材質(zhì)、水性聚丙烯酸酯膠水的性能以及加工工藝條件等諸因素進(jìn)行控制,才能得到成本低、手感好、耐水壓指標(biāo)高的產(chǎn)品。

        [1]汪嬌寧,陳波.高透濕高耐水壓織物涂層劑的復(fù)配及工藝條件分析[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,2012,2(257):35-49.

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        10.13752/j.issn.1007-2217.2015.04.004

        2015-10-12

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