徐 璀，儲(chǔ)昭華，徐應(yīng)興，陳八斤，陳英英，周銀彬

（杭州傳化精細(xì)化工有限公司，浙江 杭州 311215）

隨著環(huán)保問(wèn)題日益嚴(yán)峻，各行業(yè)對(duì)溶劑的使用和排放要求日益嚴(yán)格。在紡織復(fù)合領(lǐng)域，傳統(tǒng)的熱熔復(fù)合領(lǐng)域因?yàn)槎嗍褂萌軇┬蜔崛垧ず蟿?，因此面?duì)嚴(yán)峻的環(huán)保壓力。目前，行業(yè)上下游都在積極推進(jìn)水性聚氨酯熱熔黏合劑替代溶劑型熱熔黏合劑，即 “油改水”[1-2]。

紡織熱熔復(fù)合產(chǎn)品最關(guān)鍵的性能指標(biāo)是復(fù)合牢度，在水性化的過(guò)程中，需要水性黏合劑的貼合牢度達(dá)到溶劑型黏合劑的水平。但在實(shí)際過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，有時(shí)即使水性黏合劑的本體強(qiáng)度已經(jīng)超過(guò)溶劑型黏合劑了，但貼合牢度卻不如溶劑型黏合劑。用掃描電子顯微鏡對(duì)布樣截面進(jìn)行觀察，以考察油性黏合劑和水性黏合劑在布面上的分布差異，掃描電鏡照片如圖1所示。對(duì)比圖1（a）油性和圖1（b）水性布樣可知，油性黏合劑膠水集中在布面表面，形成一層黏合劑膠層，而水性黏合劑滲透過(guò)度，膠水分散在紗線內(nèi)部。這表明水性黏合劑與油性黏合劑存在一個(gè)明顯差異，即滲透問(wèn)題，水性黏合劑滲透過(guò)度導(dǎo)致有效黏合劑的量減少，剝離牢度降低。同時(shí)帶來(lái)背滲色變等一些成品瑕疵。在水性涂料領(lǐng)域，乳液流變特性的調(diào)節(jié)及控制研究也比較成熟[3-5]。在直涂領(lǐng)域，一些研究表明，采用預(yù)防水、軋光等方式可減少水性涂層膠滲入織物內(nèi)部[6，7]。但針對(duì)紡織復(fù)合領(lǐng)域的輥涂應(yīng)用，水性聚氨酯熱熔黏合劑的滲膠和流變控制未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。本文主要研究水性聚氨酯熱熔黏合劑流變特性與滲透之間的關(guān)系，分析實(shí)際輥涂加工工藝的剪切形式及其對(duì)流變特性的需求，分析不同類型增稠流變助劑的流變特性，由此提出最適合輥涂加工工藝的增稠體系。

圖1 布樣滲透電鏡圖

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

水性聚氨酯黏合劑基礎(chǔ)乳液P14U10，工業(yè)級(jí)，杭州傳化精細(xì)化工有限公司；水性聚氨酯流變?cè)龀韯?，PU-40，丙烯酸增稠劑AB718A，工業(yè)級(jí)，臨安市科達(dá)涂料化工研究所；丙烯酸增稠劑TF-601H，TF-601B，工業(yè)級(jí)，杭州傳化精細(xì)化工有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)部分

以水性聚氨酯黏合劑基礎(chǔ)乳液P14U10為基膠，分別加入不同的流變?cè)龀韯┱{(diào)節(jié)漿料的流變行為得到不同流變特性的黏合劑漿料。

1.3 測(cè)試與表征

1）乳液膠膜成膜條件：將鏡面紙貼于玻璃板上，根據(jù)樣品含固量調(diào)整絲棒于鏡面紙的間隙，將樣品刮涂在鏡面紙上，保證 固體份成膜后厚度在（0.15±0.05）mm。用電熱恒溫干燥箱于（30±2）℃下干燥1 h，然后于（40±2）℃ 下干燥1 h，再在（60±2）℃下干燥2 h，最后于（80±2）℃下干燥2 h。最終用實(shí)驗(yàn)室用小型定型機(jī)在（120±2）℃ 下干燥1 min，得到樣品膜。再在GB／T 6529規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣中平衡24 h，待用。

2）膠膜力學(xué)強(qiáng)度測(cè)試：按2.3.1乳液成膜條件成膜后，模擬實(shí)際貼合加工條件采用實(shí)驗(yàn)室用小型定型機(jī)在（160±2）℃ 下熱處理3min，之后再在GB／T 6529規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣中平衡24 h。按GB／T 528-2009中表2中2型尺寸，裁剪試樣，測(cè)試的試樣數(shù)量應(yīng)不少于3個(gè)；按GB／T 528-2009的中13.1的規(guī)定進(jìn)行測(cè)試，得到斷裂拉伸強(qiáng)度，即膠膜斷裂強(qiáng)度。

3）剝離性能測(cè)試樣品制備流程：刮涂→烘干→貼合。刮涂與貼合：將需要刮涂的基布固定在指定涂布架上，選擇合適的刮刀，將準(zhǔn)備好的黏合劑漿料通過(guò)移動(dòng)刮刀勻速涂布施膠于基布表面，設(shè)置烘焙溫度為150℃，烘培時(shí)間50s，將涂布好的布樣送入鼓風(fēng)烘箱焙烘。烘干以后，室溫放置冷卻后。在180℃，壓力為50kg／cm2的熱壓下將布樣和PVC熱壓貼合。

4）剝離性能測(cè)試：將經(jīng)2.3.3貼合后的織物，裁剪成寬為（2.0±0.1）cm，長(zhǎng)度不小于 7.0 cm的測(cè)試樣條，按 FZ／T 01085的規(guī)定測(cè)得平均剝離強(qiáng)力。測(cè)試條件為：拉伸速率：100mm／min，測(cè)試長(zhǎng)度100mm，每一樣品測(cè)試6個(gè)平行樣，計(jì)算平均值。

5）流變測(cè)試：采用奧利地 Anton Paar公司的旋轉(zhuǎn)流變儀TA對(duì)乳液黏合劑流變特性進(jìn)行測(cè)試。

6）SEM測(cè)試：樣品經(jīng)氮?dú)獯祾吆?，真空鍍金處理，采用Phenom Prox電鏡能譜一體機(jī)觀察。

1.4 流變特性與滲透的關(guān)系

油性黏合劑的分散狀態(tài)見(jiàn)圖2（a），水性黏合劑的分散狀態(tài)見(jiàn)圖2（b）。因?yàn)橛托责ず蟿┓肿渔滈g互相纏繞為均一狀態(tài)，分子鏈伸展在溶液相中，因此油性黏合劑的流變狀態(tài)基本為牛頓流體。溶劑型黏合劑分子間作用力大，刮涂在布面后，漿料黏度不隨加工剪切力影響，滲透少。而水性黏合劑和油性黏合劑分子鏈分散狀態(tài)存在差異，水性黏合劑為乳液，分子鏈蜷縮在粒子內(nèi)部的，乳液粒子間相互作用力小，流變行為靠助劑控制。

圖2 黏合劑分散狀態(tài)圖

1.5 水性黏合劑流變行為的控制方式

水性黏合劑粒子為分散相，粒子間作用力小，乳液本身黏度很低，流變行為要依靠助劑控制，增稠劑通過(guò)增加粒子間相互間作用力提高乳液黏度。締合型增稠劑對(duì)水性黏合劑的增稠效果示意圖如圖3所示。

圖3 締合型增稠劑增稠水性黏合劑原理示意

2 結(jié)果與討論

2.1 輥涂工藝特點(diǎn)分析及流變需求

為了選擇最合適的增稠劑，首先對(duì)輥涂上漿的過(guò)程進(jìn)行分析分解，黏合劑從漿料槽上漿到布面再到烘干，將經(jīng)歷輥涂、導(dǎo)引、烘箱干燥三個(gè)階段，通過(guò)驗(yàn)證，證明影響滲透的關(guān)鍵階段是導(dǎo)引段。

圖4 輥涂示意圖

在導(dǎo)引段沒(méi)有應(yīng)力作用，需要選擇低剪型的流變助劑來(lái)控制導(dǎo)引段漿料的流變行為，通過(guò)提升漿料黏度，減少水性黏合劑在導(dǎo)引段的滲透。

不同類型的增稠劑可以提供不同的流變特性。圖5顯示了幾種締合型增稠劑與觸變型增稠劑的流變行為差異。從圖5中曲線可知，增稠劑601H和601B剪切變稀最明顯，其次是增稠劑718A，而相對(duì)來(lái)說(shuō)增稠劑PU40對(duì)剪切速率最不敏感。根據(jù)以上分析可知，增稠劑601H和601B的流變特性最適合輥涂工藝，PU-40的流變行為最不適合輥涂工藝。

圖5 不同類型增稠劑的黏度-剪切速率響應(yīng)曲線

2.2 流變助劑對(duì)膠膜強(qiáng)度的影響

實(shí)驗(yàn)研究表明，單一使用某一種增稠劑，往往需要較大量才能提升工作液黏度，但大量的助劑添加對(duì)黏合劑本體強(qiáng)度有較大的不利影響。表1數(shù)據(jù)表明，當(dāng)選擇增稠劑601H增稠時(shí)，當(dāng)添加量達(dá)到5%，黏合劑膠膜本體強(qiáng)度下降約13%。對(duì)膠膜強(qiáng)度損傷較大。因此增稠效率也是選擇增稠劑關(guān)鍵指標(biāo)。

表1 增稠劑601H對(duì)膠膜強(qiáng)度的影響

通過(guò)不同類型的增稠劑復(fù)配使用發(fā)現(xiàn)，不同類型增稠劑之間還存在協(xié)同增效作用，優(yōu)化搭配使用可明顯提高增稠劑的增稠效率。從表2的數(shù)據(jù)看出，當(dāng)增稠劑601H與718A搭配使用時(shí)，因協(xié)同增效作用，可較大幅度地提高增稠效率。

表2 不同增稠劑增稠效率及協(xié)調(diào)增稠效果的差異

因此，將增稠劑對(duì)WPU乳液的增稠效率、對(duì)PU膜本體強(qiáng)度的影響等因素進(jìn)行綜合考察，篩選、優(yōu)化增稠劑組合后，得到601H與718A組合的流變優(yōu)化方案。

2.3 流變優(yōu)化對(duì)應(yīng)用效果的影響

分別選用流變優(yōu)化方案601H+718A與不適用流變方案PU-40分別對(duì)黏合劑基礎(chǔ)乳液增稠，控制總用量一致，得到的膠漿黏度和對(duì)應(yīng)的膠膜本體強(qiáng)度見(jiàn)表3。從表3中看出，流變優(yōu)化方案可以在對(duì)膠膜本體強(qiáng)度影響較小的前提下，將工作液黏度提高到4350 mPa·s左右。

表3 流變優(yōu)化方案和PU-40增稠工作液的表觀黏度和膠膜本體強(qiáng)度

圖6為樣品A與樣品B工作液流變特性的比較。從圖6中看出，優(yōu)化方案樣品B觸變型流體，在低剪切速率下黏度較高，以此來(lái)提升黏合劑在導(dǎo)引段的黏度，減少發(fā)生在導(dǎo)引段的滲透。

圖6 樣品A、B的剪切流變特性比較

圖7為采用樣品A和樣品B在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬輥涂上漿后布面膠水分布情況和貼合后PVC面剝離情況的SEM照片。從圖7（b）看出，樣品B輥涂后停留在表明的漿料明顯比圖7（a）樣品A要多；另外，從圖7（d）剝離后樣品B的SEM圖片也可以看出，樣品B剝離后PVC上殘留的PU膠也明顯比圖7（c）樣品A的要多。這表明滲透控制起到了一定的效果，流變優(yōu)化方案使得更多的漿料停留在了布面表面。

圖7 樣品SEM圖

圖8為黏合劑樣品A與樣品B在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬輥涂后貼合測(cè)試的剝離強(qiáng)度數(shù)據(jù)。多次平行樣條測(cè)試結(jié)構(gòu)表明，采用流變優(yōu)化方案的樣品B貼合的剝離牢度可比樣品A高約50%。

圖8 黏合劑樣品A與樣品B輥涂貼合后剝離牢度

3 結(jié)論

1）觸變型增稠劑因?yàn)榈图麴ざ雀?，可以有效的減弱水性黏合劑的漿料滲透，使黏合劑更多的停留在布面表面，提高黏合劑利用率。

2）增稠劑用量增加對(duì)黏合劑膠膜強(qiáng)度有負(fù)面影響，因此增稠效率也是選擇的關(guān)鍵因素之一。不同增稠劑之間存在協(xié)調(diào)增稠效果，采用不同增稠劑復(fù)配使用，可以有效降低增稠劑的總使用量，減少增稠劑對(duì)黏合劑膠膜強(qiáng)度的影響。

3）黏合劑在布面的滲透程度直接影響布面剝離強(qiáng)度，是水性聚氨酯熱熔黏合劑加工過(guò)程中的關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)。