織物涂層對無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特的手感和功能，提高產品的實用性和附加值。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良的成膜性和較高的機械強度，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。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溶劑(如甲苯、丙酮等)為分散劑，有機溶劑的使用會傷害人體和污染環境；水基型涂層劑制造成本低、安全環保以及不燃，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，鮮有采用長鏈單體的。

本文采用復配型的AEO-3和AEO-9水性乳液，熱穩定性良好的PP無紡布作為基材，較長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。探究交聯劑對SA成膜的作用，增重率對織物耐靜水壓的影響。

/ i# O! L; z' A2 |1 r! V% _1 實驗部分
8 P+ V$ y3 s* \9 k- S* e1.1 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)無紡布，工業品。
" w, a3 R" P1 O6 ~6 y4 a+ vGemini 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型靜水壓測試儀；RH-C型手動噴槍。
1.2 水性SA乳液的制備
在溫度40 ℃的磁力攪拌器上放兩個同等規格的燒杯，分別標記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，強烈攪拌，加入不溶于水的二苯甲酮(引發劑)，繼續恒溫攪拌，直至完全融化，加入EGDMA交聯劑，使其均勻地分散在乳液中，制得預乳化液。
燒杯B中加入規定量的去離子水，用一次性滴管取A中的預乳化液滴入其中，速度控制在10滴/min左右，滴加完畢后，繼續恒溫攪拌30 min，即得到水性丙烯酸十八酯乳液。
) i( n$ }! F, a+ ?( ~- W1.3 SA乳液涂覆PP無紡布
% s4 O# W, O! y: U. s8 t* W采用手動噴槍，控制噴嘴與無紡布之間的距離15 cm左右，將水性丙烯酸十八酯乳液均勻的噴涂到無紡布表面，將無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。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，輻照時間4 min。將輻照后的織物放入烘箱內，在60 ℃加熱12 h即可，得到PP-c-SA無紡布。
1.4 材料性能表征
0 D1 p* Z% D/ y- f4 q采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察PP-c-SA無紡布的表面形貌；采用熱重分析儀(DTG)分析PP-c-SA無紡布的熱力學性能。
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8 ~0 ~! j9 E# N) ?2 結果與討論
2.1 SA乳液的穩定性
6 X% p  p6 A8 l$ ?; L乳化劑用量是影響單體分散增容的一個主要因素，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。單體濃度會影響乳化劑的效果，當單體濃度較低時，乳化劑會浮到溶液的表面，形成富集[12]，導致乳液的表面能較高，當單體濃度偏高時，乳液液滴會發生相互凝結作用，導致乳化的體系不穩定。
2 Q- w; y: R3 @( A1 k探討乳化劑用量、乳化劑比例、單體濃度對乳液穩定性的影響，設計正交實驗，因素與水平見表1，結果見表2。


2 ^, q0 T0 L  c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復配比1∶2，單體濃度15%時，乳液穩定性最佳。選用穩定性最佳的水性乳液制備聚丙烯酸酯涂層劑，進而對涂層之后的無紡布進行耐靜水壓測試。
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3 B  r9 }$ ]7 y7 _/ R2.2 PP-c-SA表征
5 g/ a9 @/ j" T2 r由圖1可知，原PP無紡布的粗糙度低，纖維表面光滑，經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所包覆。由于SA單體具有較長的烷基長鏈，所以涂覆后能夠明顯提高PP無紡布的耐靜水壓。
由圖2可知，原PP無紡布在456.5 ℃處出現一個峰；PP-c-SA無紡布則有兩個峰，分別對應406.8 ℃和464.4 ℃。406.8 ℃大致與SA聚合膜的分解溫度吻合。在程序升溫過程中SA聚合膜優先發生分解反應，溫度464.4 ℃左右時，殘余的PP無紡布開始分解[13]。殘余的PP無紡布分解溫度高于原PP高的主要原因是，紫外輻照導致了纖維結晶度的提高，分解速率也比原PP無紡布偏低。
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6 m  j, N# |. q1 Y8 f2 Y, G2.3 交聯劑用量對PP無紡布的耐水壓性能影響
  i- `7 H8 C* i  U6 k. Q以0，0.1%，0.3%，0.5%，0.7%和1%的交聯劑為自變量，選用穩定性最佳的水性乳液制備涂層劑，對PP-c-SA無紡布進行耐靜水壓測試，結果見表3。


由表3可知，PP無紡布的耐水壓值隨著交聯劑用量的增大逐漸增加，說明交聯劑在織物涂層劑的制備過程中起著重要的作用，它可以與單體發生共聚反應，改變聚合物的微觀結構。在無交聯劑的情況下單體聚合成的膜為線性結構，交聯劑的添加將會改變這種結構，形成網狀結構，而網狀結構的性能(如機械性能、致密性、化學穩定性)會明顯高于線性的。隨著膜結構的改變，無紡布的耐水壓發生了變化，而且自身的柔軟度也有所改變。無紡布的柔軟度可分為很柔軟、柔軟、較柔軟、較硬、硬、很硬六個等級[14]。當交聯劑濃度為0.5%時，PP無紡布不僅耐水壓增大到120 cm水柱，而且柔軟性較好；當交聯劑濃度進一步增大時，雖然耐水壓進一步增大，但此時織物的柔軟性不佳。由上述可知，交聯劑的量與膜結構有著密切的聯系，交聯劑可以改變膜的交聯密度，當膜的交聯密度較大時，鏈段高分子的運動就會受到約束，織物的手感就會偏硬，不利于其進一步應用[15]。
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. g3 B, O/ `# q$ s/ Z8 q/ c2.4 增重率對PP無紡布的耐水壓性能影響
采用穩定性最佳的水性SA乳液為原料，在0.5%的交聯劑作用下制備不同增重率的PP-c-SA無紡布，考察增重率對無紡布耐水性能的影響，結果見圖3。


& L0 G& L3 |. h7 ~$ L2 k: Z由圖3可知，PP無紡布的耐靜水壓隨著增重率的增大逐漸增大，增重率超過80%以后，無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無紡布的耐靜水壓逐漸增大。當SA薄膜將PP無紡布覆蓋完全以后，增重率的繼續增大對織物耐靜水壓就不會產生明顯的影響。
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3 結論
以復配型的SA乳液為原料，PP無紡布為基體，采用紫外固化成膜的方法直接在PP無紡布表面制備水基型織物涂層劑。在單體濃度15%，交聯劑濃度0.5%的條件下，織物涂層劑的成膜性最好；當增重率80%時，PP-c-SA無紡布的耐水性最佳，可承受高達120 cm的水柱，并且質地柔軟。

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遠祥

學習了！