织物涂层对无纺布耐静水压的影响分析

standard123 · 发表于 2019-9-3 17:22:37

织物涂层剂是在织物表面均匀涂覆后形成薄膜的一类高分子聚合物，它可以使织物拥有独特的手感和功能，提高产品的实用性和附加值。主要的聚合物涂层剂有聚氨酯、聚丙烯酸酯以及聚氯乙烯等。聚氨酯和聚氯乙烯具有优良的成膜性和较高的机械强度，但两者的耐静水压较差；聚丙烯酸酯则具有易成膜和耐静水压良好等特点。聚丙烯酸酯涂层剂分为溶剂型和水基型。溶剂型涂层剂是以有机溶剂(如甲苯、丙酮等)为分散剂，有机溶剂的使用会伤害人体和污染环境；水基型涂层剂制造成本低、安全环保以及不燃，逐渐替代了溶剂型涂层剂。耐静水压涂层剂一般采用短烷基链的单体共聚，鲜有采用长链单体的。

本文采用复配型的AEO-3和AEO-9水性乳液，热稳定性良好的PP无纺布作为基材，较长烷基链的丙烯酸十八酯(SA)为单体，借助紫外辐照，制备水基型聚丙烯酸酯涂层剂。探究交联剂对SA成膜的作用，增重率对织物耐静水压的影响。

1 实验部分
1.1 材料与仪器
丙烯酸十八酯(SA)、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)、无水乙醇、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3，AEO-9)乳化剂、二苯甲酮均为分析纯；聚丙烯(PP)无纺布，工业品。
Gemini SEM500型扫描电子显微镜；ZN-TX型紫外光箱；CJJ79-1型集热式恒温加热磁力搅拌器；SDT Q600型热重分析仪；HW-6080型静水压测试仪；RH-C型手动喷枪。
1.2 水性SA乳液的制备
在温度40 ℃的磁力搅拌器上放两个同等规格的烧杯，分别标记A和B。向A中加入2.0 g SA单体、一定量和配比的AEO-3与AEO-9表面活性剂以及少量去离子水，强烈搅拌，加入不溶于水的二苯甲酮(引发剂)，继续恒温搅拌，直至完全融化，加入EGDMA交联剂，使其均匀地分散在乳液中，制得预乳化液。
烧杯B中加入规定量的去离子水，用一次性滴管取A中的预乳化液滴入其中，速度控制在10滴/min左右，滴加完毕后，继续恒温搅拌30 min，即得到水性丙烯酸十八酯乳液。
1.3 SA乳液涂覆PP无纺布
采用手动喷枪，控制喷嘴与无纺布之间的距离15 cm左右，将水性丙烯酸十八酯乳液均匀的喷涂到无纺布表面，将无纺布固定在聚四氟乙烯板上，将其正面朝上放入紫外辐照箱内。采用紫外辐照的方法在织物表面制备水基型聚丙烯酸十八酯涂层剂，紫外灯管的功率500 W，辐照时间4 min。将辐照后的织物放入烘箱内，在60 ℃加热12 h即可，得到PP-c-SA无纺布。
1.4 材料性能表征
采用扫描电子显微镜(SEM)观察PP-c-SA无纺布的表面形貌；采用热重分析仪(DTG)分析PP-c-SA无纺布的热力学性能。

2 结果与讨论
2.1 SA乳液的稳定性
乳化剂用量是影响单体分散增容的一个主要因素，乳化剂用量越大，胶液中的乳胶胶束和乳胶粒子越多，增容作用也就越显着。单体浓度会影响乳化剂的效果，当单体浓度较低时，乳化剂会浮到溶液的表面，形成富集[12]，导致乳液的表面能较高，当单体浓度偏高时，乳液液滴会发生相互凝结作用，导致乳化的体系不稳定。
探讨乳化剂用量、乳化剂比例、单体浓度对乳液稳定性的影响，设计正交实验，因素与水平见表1，结果见表2。

由表2可知，最佳条件为A4B2C3，即在SA单体用量2.0 g的条件下，乳化剂用量15%，乳化剂AEO-9∶AEO-3复配比1∶2，单体浓度15%时，乳液稳定性最佳。选用稳定性最佳的水性乳液制备聚丙烯酸酯涂层剂，进而对涂层之后的无纺布进行耐静水压测试。

2.2 PP-c-SA表征
由图1可知，原PP无纺布的粗糙度低，纤维表面光滑，经SA涂覆后，粗糙度明显提高，单丝纤维则变得粗糙，其表面被类似鳞片状的物质所包覆。由于SA单体具有较长的烷基长链，所以涂覆后能够明显提高PP无纺布的耐静水压。
由图2可知，原PP无纺布在456.5 ℃处出现一个峰；PP-c-SA无纺布则有两个峰，分别对应406.8 ℃和464.4 ℃。406.8 ℃大致与SA聚合膜的分解温度吻合。在程序升温过程中SA聚合膜优先发生分解反应，温度464.4 ℃左右时，残余的PP无纺布开始分解[13]。残余的PP无纺布分解温度高于原PP高的主要原因是，紫外辐照导致了纤维结晶度的提高，分解速率也比原PP无纺布偏低。

2.3 交联剂用量对PP无纺布的耐水压性能影响
以0，0.1%，0.3%，0.5%，0.7%和1%的交联剂为自变量，选用稳定性最佳的水性乳液制备涂层剂，对PP-c-SA无纺布进行耐静水压测试，结果见表3。

由表3可知，PP无纺布的耐水压值随着交联剂用量的增大逐渐增加，说明交联剂在织物涂层剂的制备过程中起着重要的作用，它可以与单体发生共聚反应，改变聚合物的微观结构。在无交联剂的情况下单体聚合成的膜为线性结构，交联剂的添加将会改变这种结构，形成网状结构，而网状结构的性能(如机械性能、致密性、化学稳定性)会明显高于线性的。随着膜结构的改变，无纺布的耐水压发生了变化，而且自身的柔软度也有所改变。无纺布的柔软度可分为很柔软、柔软、较柔软、较硬、硬、很硬六个等级[14]。当交联剂浓度为0.5%时，PP无纺布不仅耐水压增大到120 cm水柱，而且柔软性较好；当交联剂浓度进一步增大时，虽然耐水压进一步增大，但此时织物的柔软性不佳。由上述可知，交联剂的量与膜结构有着密切的联系，交联剂可以改变膜的交联密度，当膜的交联密度较大时，链段高分子的运动就会受到约束，织物的手感就会偏硬，不利于其进一步应用[15]。

2.4 增重率对PP无纺布的耐水压性能影响
采用稳定性最佳的水性SA乳液为原料，在0.5%的交联剂作用下制备不同增重率的PP-c-SA无纺布，考察增重率对无纺布耐水性能的影响，结果见图3。

由图3可知，PP无纺布的耐静水压随着增重率的增大逐渐增大，增重率超过80%以后，无纺布的耐静水压受增重率的影响趋于平缓。在SA聚合膜完全覆盖PP纤维之前，随着覆盖率的增大，PP无纺布的耐静水压逐渐增大。当SA薄膜将PP无纺布覆盖完全以后，增重率的继续增大对织物耐静水压就不会产生明显的影响。

3 结论
以复配型的SA乳液为原料，PP无纺布为基体，采用紫外固化成膜的方法直接在PP无纺布表面制备水基型织物涂层剂。在单体浓度15%，交联剂浓度0.5%的条件下，织物涂层剂的成膜性最好；当增重率80%时，PP-c-SA无纺布的耐水性最佳，可承受高达120 cm的水柱，并且质地柔软。

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远祥 · 发表于 2019-9-4 19:19:42

学习了！

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