PAC改善织物性能探究

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本文作者：孟令杰刘今强李永强作者单位：浙江理工大学

实验部分

1实验材料及试剂

涤丝纺（线密度70．2dtex，经纬密220×170根／5cm，克重60g／m2，织物结构：平纹）。有机氟拒水整理剂TG－410C（日本大金公司）；有机硅表面活性剂BYK－346（德国毕克公司）；水性聚丙烯酸酯类涂层剂DS330（巴斯夫化工有限公司）；聚阴离子纤维素（pac，取代度0．9，任丘市燕兴化工有限公司）；水性丙烯酸类增稠剂AT－75（广州众冠美公司）。

2主要仪器

C－6涂层机、M－6连续性热定型机（杭州三锦科技有限公司）；YG－601－Ⅰ／Ⅱ电脑式织物透湿仪（宁波纺织仪器厂）；YG（B）812织物渗水性测定仪（温州大荣纺织标准仪器厂）；YG065电子式织物强力机、LLY－01B电子硬挺度仪（莱州市电子仪器有限公司）；KH－7700数字式三维视频显微镜（日本Hi－ROX公司）；ULTRA55场发射扫描电镜（ZEISS蔡司公司）。

3实验方法

涂层整理工艺：涤纶基布→前拒水整理→涂层整理→预烘（90℃，3min）→焙烘（160℃，1min）。其中涂层剂配方：水性涂层剂DS330100份；有机硅表面活性剂BYK－3466份；与水按1∶20质量比溶解配制成的PAC糊状胶液20份。a）为了防止水性涂层剂在涂层整理过程中背渗织物和保证涂层织物的防水性能，在涂层整理前需对织物进行前拒水整理，其前拒水整理工艺为：浸轧TG－410C拒水整理剂（二浸二轧，轧液率70％）→预烘（90℃，3min）→焙烘（160℃，1min）。b）拒水整理后的涤纶织物表面张力很低，且水性涂层剂表面张力很大，造成水性涂层剂很难在织物表面润湿铺展，直接影响了涂层膜的连续性，降低了织物的防水性能。因此，需在涂层剂中添加适量的表面活性剂降低其表面张力。当表面活性剂BYK－346的添加量为涂层剂DS330质量的6％时，涂层剂在织物表面完全润湿铺展。c）为了满足涂层工艺的需要，需添加适量的增稠剂来提高涂层剂粘度，其粘度以用玻璃棒挑起时刚能缓缓流下为宜［9］。当以纤维素类高分子PAC作为水性涂层剂DS330增稠剂时，其不宜直接添加到涂层剂中，需先用适量水搅拌溶解，配制成糊状胶液后备用。因为纤维素类增稠剂直接添加到水性涂层剂中会发生结团、结块，降低其溶解量而在水性涂层剂中分散不匀使其增稠效果较差。本实验PAC高分子与水按质量比1∶20溶解配制，用量以配制好的糊状胶液质量计，为涂层剂质量的20％时，涂层剂粘度适中。

4测试方法

a）防水性测试：用YG（B）812型织物渗水测定仪，按GB／T4744—1997标准进行测试。水压上升速率为5．88kPa／min（600mmH2O／min）。b）透湿性测试：用YG601－Ⅰ／Ⅱ型电脑式织物透湿仪，按GB／T12704．1—2009《纺织品织物透湿性试验方法：吸湿法》进行测试，测试时采用正杯吸湿法。c）力学性能测试：按照国标GB／T3931—1997《纺织品织物拉伸性能第Ⅰ部分：断裂强力和断裂伸长的测定：条样法》测试。其中夹距为100mm，拉伸速度为100mm／min，拉伸强力均为经向拉伸强力。d）硬挺度测试：用LLY－01B型电子硬挺度仪进行测试。其中，试样尺寸为（250±1）mm×（25±1）mm，测试时试样的长边平行于织物的经向，且涂层面朝上，试样数量为6块，取其平均值。e）耐洗性测试［10］：将整理织物浸泡在2g／L的皂片溶液中，并在25℃下震荡水洗10min，清水洗，烘干，即完成一次水洗。

结果与讨论

1涂层织物的整理效果

不同增稠剂其涂层织物水洗前后性能如表1所示。表1中“涂层织物（AT－75）”指以丙烯酸类增稠剂AT－75作为水性涂层剂DS330增稠剂整理后的涂层织物；“涂层织物（PAC）”指以聚阴离子纤维素作为水性涂层剂DS330增稠剂整理后的涂层织物；“水洗5次（AT－75）”是指“涂层织物（AT－75）”按上述耐洗性测试标准水洗5次；“水洗5次（PAC）”是指“涂层织物（PAC）”按上述耐洗性测试标准水洗5次。由表1知，以PAC高分子作为水性聚丙烯酸酯类涂层剂DS330的增稠剂，可以大大改善涂层织物的透湿性能，透湿量达到了4000g／（m2•24h）以上，皮肤蒸发的水分和汗气能及时散发出去而不会感到闷热或湿冷，穿着舒适。相比“涂层织物（AT－75）”，其耐静水压大大下降，但仍可达到350mmH2O（3．43kPa），可以满足日常生活穿着需求，且以PAC高分子作为水性涂层剂DS330的增稠剂时，其涂层织物力学性能较好、硬挺度较小、耐洗牢度好。

2PAC改善涂层效果的原因分析

1）涂层织物透湿性能提高的原因分析

由表1可知，以PAC高分子作为水性涂层剂DS330的增稠剂时，其透湿性能大大改善。以PAC高分子作为水性涂层剂DS330增稠剂的涂层织物水洗前后进行SEM观察，观察结果如图1所示。由图1（a）可以看出，涂层膜上有许多凝聚颗粒，并形成了许多微孔，这些微孔的直径较小，大约只有0～150nm。对照表2可知，其微孔直径远远大于水蒸汽分子的直径，而小于雾、毛毛雨等液态水滴的直径。水蒸汽分子能轻易透过微孔而液态水滴不易透过，因此具有较好的耐静水压和透湿性。其微孔的形成是因为纤维素类增稠剂是通过“固定水”而达到增稠效果，对涂层剂乳胶粒子极少吸附，吸水膨胀（其吸水膨胀图像如图2所示）时均匀充满整个水相，在烘干成膜过程中脱水产生絮凝，且烘干过程中，由于温度的升高，会加剧分子的布朗运动［12］，使PAC高分子之间碰撞几率增大，也会促进絮凝。PAC高分子的凝聚使涂层剂在烘干交联成膜过程中膜的局部连续性遭到破坏，形成微孔；且水蒸汽分子与雨滴直径大小详见表2。在烘干成膜过程中，凝聚的PAC颗粒进一步脱水体积大大缩小也会形成微孔。微孔形成的原理如图3所示：由图1（b）及表1知，涂层织物经水洗后，涂层膜上形成了更多的微孔，透湿性能进一步提高。这是因为凝聚的PAC高分子水洗过程中溶解于水中，从而形成了更多的透湿微孔，因此透湿性提高。上述实验方法中提到，以PAC高分子作为水性涂层剂DS330增稠剂时，需与水按1∶20的质量比溶解配制成糊状胶液后添加使用，在显微镜下观察PAC干燥粉末的形态与PAC糊状胶液的形态，其结果如图2所示。由图2可以看出，干燥的PAC粉末其形态呈体积很小的线状，与水以1∶20溶解配制成糊状胶液后其体积大大增加，呈滚圆的棒状。这是因为纤维素类高分子主链与周围水分子通过氢键缔合而体积大大增大。不难推测，在烘干脱水后，其体积必将重回体积很小的线状，这也佐证了上面所提到的：在烘干成膜过程中，凝聚的PAC颗粒进一步脱水体积大大缩小也会形成微孔。因此，在溶解配制PAC糊状胶液时，添加水不易过多，否则，一方面会影响其增稠效果，另一方面由于PAC高分子吸水极度膨胀，其凝聚颗粒在烘干成膜过程中因大量脱水而形成直径较大的微孔，使得耐静水压下降。

2）涂层织物硬挺度分析

由表1可以看出，以PAC高分子作为水性涂层剂DS330的增稠剂时，其涂层产品硬挺度与原织物相差不大，织物较为柔软，这是因为：a）涂层膜较薄，涂层剂涂覆量较小。与溶剂型涂层剂相比，水性涂层剂的涂层膜很薄，涂覆量较小（大约仅有4．8g／m2，比溶剂型涂层剂的涂层量小了将近5倍），渗入纱线内及纱线间的涂层剂较少，因此织物硬挺度较小。b）有机硅表面活性剂的加入。为了使涂层剂在织物表面完全润湿铺展，形成连续均匀的涂层薄膜，在涂层剂中加入了有机硅表面活性剂BYK－346，有机硅表面活性剂是一种柔软剂，因此织物硬挺度较小。3纤维素类增稠剂缺点的克服织物涂层用增稠剂主要为丙烯酸类和缔合型聚氨酯类等合成高分子，由于纤维素类增稠剂会使涂层剂流平性变差，易受微生物攻击等缺点而限制了其在织物涂层中的应用，因此需加以克服。a）在高剪切下为低黏度，在静态和低剪切有高黏度，所以涂布完成后，黏度迅速增加，虽然以防止流挂，却使涂层剂流平性变差。解决办法：加入有机硅表面活性剂不仅降低了涂层剂的表面张力，使涂层剂能很好地在织物表面润湿铺展，且有机硅表面活性剂又可以作为流平剂，大大改善了涂层剂流平性变差的问题。b）易受微生物攻击。解决办法：由于PAC是天然高分子，因此易受微生物攻击，涂层整理后，对涂层织物进行水洗，不仅可以使凝聚的PAC高分子溶解去除而不受微生物攻击，而且可以形成更多的透湿微孔，进一步提高织物透湿性能。

结论

以PAC高分子作为水性聚丙烯酸酯类DS330涂层剂的增稠剂，克服了其流平性差，易受微生物攻击的缺点，利用其在烘干成膜过程中脱水絮凝而破坏涂层膜局部连续性，并通过控制工艺条件而形成符合要求的透湿微孔，大大改善了涂层织物透湿性差的问题，使其透湿量达到了4000g／（m2•24h）以上，且其力学性能较好、硬挺度小、耐洗牢度好，生产工艺简单、经济、环保。