織物涂層對(duì)無(wú)紡布耐靜水壓的影響分析

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織物涂層劑是在織物表面均勻涂覆后形成薄膜的一類高分子聚合物，它可以使織物擁有獨(dú)特的手感和功能，提高產(chǎn)品的實(shí)用性和附加值。主要的聚合物涂層劑有聚氨酯、聚丙烯酸酯以及聚氯乙烯等。聚氨酯和聚氯乙烯具有優(yōu)良的成膜性和較高的機(jī)械強(qiáng)度，但兩者的耐靜水壓較差；聚丙烯酸酯則具有易成膜和耐靜水壓良好等特點(diǎn)。聚丙烯酸酯涂層劑分為溶劑型和水基型。溶劑型涂層劑是以有機(jī)溶劑(如甲苯、丙酮等)為分散劑，有機(jī)溶劑的使用會(huì)傷害人體和污染環(huán)境；水基型涂層劑制造成本低、安全環(huán)保以及不燃，逐漸替代了溶劑型涂層劑。耐靜水壓涂層劑一般采用短烷基鏈的單體共聚，鮮有采用長(zhǎng)鏈單體的。

本文采用復(fù)配型的AEO-3和AEO-9水性乳液，熱穩(wěn)定性良好的PP無(wú)紡布作為基材，較長(zhǎng)烷基鏈的丙烯酸十八酯(SA)為單體，借助紫外輻照，制備水基型聚丙烯酸酯涂層劑。探究交聯(lián)劑對(duì)SA成膜的作用，增重率對(duì)織物耐靜水壓的影響。
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$ g& ]& ^1 r% ]& w7 [- ~1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 材料與儀器
丙烯酸十八酯(SA)、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)、無(wú)水乙醇、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3，AEO-9)乳化劑、二苯甲酮均為分析純；聚丙烯(PP)無(wú)紡布，工業(yè)品。
Gemini SEM500型掃描電子顯微鏡；ZN-TX型紫外光箱；CJJ79-1型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器；SDT Q600型熱重分析儀；HW-6080型靜水壓測(cè)試儀；RH-C型手動(dòng)噴槍。
1.2 水性SA乳液的制備
在溫度40 ℃的磁力攪拌器上放兩個(gè)同等規(guī)格的燒杯，分別標(biāo)記A和B。向A中加入2.0 g SA單體、一定量和配比的AEO-3與AEO-9表面活性劑以及少量去離子水，強(qiáng)烈攪拌，加入不溶于水的二苯甲酮(引發(fā)劑)，繼續(xù)恒溫?cái)嚢瑁敝镣耆诨尤隕GDMA交聯(lián)劑，使其均勻地分散在乳液中，制得預(yù)乳化液。
8 G: S% K# \# S4 x" m" Q燒杯B中加入規(guī)定量的去離子水，用一次性滴管取A中的預(yù)乳化液滴入其中，速度控制在10滴/min左右，滴加完畢后，繼續(xù)恒溫?cái)嚢?0 min，即得到水性丙烯酸十八酯乳液。
$ `; p! h9 j( d, U1.3 SA乳液涂覆PP無(wú)紡布
采用手動(dòng)噴槍，控制噴嘴與無(wú)紡布之間的距離15 cm左右，將水性丙烯酸十八酯乳液均勻的噴涂到無(wú)紡布表面，將無(wú)紡布固定在聚四氟乙烯板上，將其正面朝上放入紫外輻照箱內(nèi)。采用紫外輻照的方法在織物表面制備水基型聚丙烯酸十八酯涂層劑，紫外燈管的功率500 W，輻照時(shí)間4 min。將輻照后的織物放入烘箱內(nèi)，在60 ℃加熱12 h即可，得到PP-c-SA無(wú)紡布。
+ Q+ u  j  D* Z% P- Q  b1.4 材料性能表征
3 g1 U. c/ F7 I) W% a/ ^9 _; g) B采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察PP-c-SA無(wú)紡布的表面形貌；采用熱重分析儀(DTG)分析PP-c-SA無(wú)紡布的熱力學(xué)性能。

. t& y* j' Q) e  I4 _0 H) t2 結(jié)果與討論
2.1 SA乳液的穩(wěn)定性
乳化劑用量是影響單體分散增容的一個(gè)主要因素，乳化劑用量越大，膠液中的乳膠膠束和乳膠粒子越多，增容作用也就越顯著。單體濃度會(huì)影響乳化劑的效果，當(dāng)單體濃度較低時(shí)，乳化劑會(huì)浮到溶液的表面，形成富集[12]，導(dǎo)致乳液的表面能較高，當(dāng)單體濃度偏高時(shí)，乳液液滴會(huì)發(fā)生相互凝結(jié)作用，導(dǎo)致乳化的體系不穩(wěn)定。
探討乳化劑用量、乳化劑比例、單體濃度對(duì)乳液穩(wěn)定性的影響，設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，因素與水平見(jiàn)表1，結(jié)果見(jiàn)表2。


由表2可知，最佳條件為A4B2C3，即在SA單體用量2.0 g的條件下，乳化劑用量15%，乳化劑AEO-9∶AEO-3復(fù)配比1∶2，單體濃度15%時(shí)，乳液穩(wěn)定性最佳。選用穩(wěn)定性最佳的水性乳液制備聚丙烯酸酯涂層劑，進(jìn)而對(duì)涂層之后的無(wú)紡布進(jìn)行耐靜水壓測(cè)試。

; {/ ?# O8 `7 Q1 j0 t4 f7 _5 t6 y$ F2.2 PP-c-SA表征
由圖1可知，原PP無(wú)紡布的粗糙度低，纖維表面光滑，經(jīng)SA涂覆后，粗糙度明顯提高，單絲纖維則變得粗糙，其表面被類似鱗片狀的物質(zhì)所包覆。由于SA單體具有較長(zhǎng)的烷基長(zhǎng)鏈，所以涂覆后能夠明顯提高PP無(wú)紡布的耐靜水壓。
: S8 @- m( @% D  u% k; X! h# w由圖2可知，原PP無(wú)紡布在456.5 ℃處出現(xiàn)一個(gè)峰；PP-c-SA無(wú)紡布則有兩個(gè)峰，分別對(duì)應(yīng)406.8 ℃和464.4 ℃。406.8 ℃大致與SA聚合膜的分解溫度吻合。在程序升溫過(guò)程中SA聚合膜優(yōu)先發(fā)生分解反應(yīng)，溫度464.4 ℃左右時(shí)，殘余的PP無(wú)紡布開(kāi)始分解[13]。殘余的PP無(wú)紡布分解溫度高于原PP高的主要原因是，紫外輻照導(dǎo)致了纖維結(jié)晶度的提高，分解速率也比原PP無(wú)紡布偏低。
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2.3 交聯(lián)劑用量對(duì)PP無(wú)紡布的耐水壓性能影響
以0，0.1%，0.3%，0.5%，0.7%和1%的交聯(lián)劑為自變量，選用穩(wěn)定性最佳的水性乳液制備涂層劑，對(duì)PP-c-SA無(wú)紡布進(jìn)行耐靜水壓測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表3。


由表3可知，PP無(wú)紡布的耐水壓值隨著交聯(lián)劑用量的增大逐漸增加，說(shuō)明交聯(lián)劑在織物涂層劑的制備過(guò)程中起著重要的作用，它可以與單體發(fā)生共聚反應(yīng)，改變聚合物的微觀結(jié)構(gòu)。在無(wú)交聯(lián)劑的情況下單體聚合成的膜為線性結(jié)構(gòu)，交聯(lián)劑的添加將會(huì)改變這種結(jié)構(gòu)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的性能(如機(jī)械性能、致密性、化學(xué)穩(wěn)定性)會(huì)明顯高于線性的。隨著膜結(jié)構(gòu)的改變，無(wú)紡布的耐水壓發(fā)生了變化，而且自身的柔軟度也有所改變。無(wú)紡布的柔軟度可分為很柔軟、柔軟、較柔軟、較硬、硬、很硬六個(gè)等級(jí)[14]。當(dāng)交聯(lián)劑濃度為0.5%時(shí)，PP無(wú)紡布不僅耐水壓增大到120 cm水柱，而且柔軟性較好；當(dāng)交聯(lián)劑濃度進(jìn)一步增大時(shí)，雖然耐水壓進(jìn)一步增大，但此時(shí)織物的柔軟性不佳。由上述可知，交聯(lián)劑的量與膜結(jié)構(gòu)有著密切的聯(lián)系，交聯(lián)劑可以改變膜的交聯(lián)密度，當(dāng)膜的交聯(lián)密度較大時(shí)，鏈段高分子的運(yùn)動(dòng)就會(huì)受到約束，織物的手感就會(huì)偏硬，不利于其進(jìn)一步應(yīng)用[15]。
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2.4 增重率對(duì)PP無(wú)紡布的耐水壓性能影響
. Z! i3 i* u2 ^0 l7 o: Y采用穩(wěn)定性最佳的水性SA乳液為原料，在0.5%的交聯(lián)劑作用下制備不同增重率的PP-c-SA無(wú)紡布，考察增重率對(duì)無(wú)紡布耐水性能的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

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由圖3可知，PP無(wú)紡布的耐靜水壓隨著增重率的增大逐漸增大，增重率超過(guò)80%以后，無(wú)紡布的耐靜水壓受增重率的影響趨于平緩。在SA聚合膜完全覆蓋PP纖維之前，隨著覆蓋率的增大，PP無(wú)紡布的耐靜水壓逐漸增大。當(dāng)SA薄膜將PP無(wú)紡布覆蓋完全以后，增重率的繼續(xù)增大對(duì)織物耐靜水壓就不會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。
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9 g+ o3 p1 T/ N3 P9 M2 l3 結(jié)論
以復(fù)配型的SA乳液為原料，PP無(wú)紡布為基體，采用紫外固化成膜的方法直接在PP無(wú)紡布表面制備水基型織物涂層劑。在單體濃度15%，交聯(lián)劑濃度0.5%的條件下，織物涂層劑的成膜性最好；當(dāng)增重率80%時(shí)，PP-c-SA無(wú)紡布的耐水性最佳，可承受高達(dá)120 cm的水柱，并且質(zhì)地柔軟。

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