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织物涂层对无纺布耐静水压的影响分析
时间: 2019-08-12点击量:
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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