輻射固化有機(jī)硅涂層織物的研究

周曉潔 吳海燕 王曉廣

(武漢紡織大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，武漢，430200)

織物的涂層整理是近年來發(fā)展起來的一種高速、有效的紡織品加工技術(shù)。涂層整理的主要目的是改變織物的外觀和風(fēng)格，使織物增加許多新的功能，如防水、透氣、透濕、防污、阻燃等，使織物的用途大為拓寬，并提高產(chǎn)品的附加價(jià)值［1］。涂層織物的種類眾多，其中有機(jī)硅涂層織物由于具有良好的拒水性、耐熱性好、耐氣候性好、力學(xué)性能優(yōu)良、無毒等眾多優(yōu)點(diǎn)，備受親睞［2］。但由于有機(jī)硅黏合性較差，很難用傳統(tǒng)的熱烘方式對其進(jìn)行很好的固化，且其熱固化成本很高［3］。近年來，由于輻射固化技術(shù)具有固化速度快、污染少、節(jié)能、固化產(chǎn)物性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，是一種環(huán)境友好的綠色技術(shù)，廣泛運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域［4-8］。熱固化為目前我國織物涂層固化的唯一方式，近年在國外已出現(xiàn)輻射固化織物涂層技術(shù)，但處于嚴(yán)格保密狀態(tài)，我國輻射固化織物涂層技術(shù)仍處于研究階段，迄今幾乎沒有一臺(tái)電子加速器用于實(shí)際生產(chǎn)［9-11］。本文采用乙烯基硅油對織物進(jìn)行涂層整理，并利用輻射固化方式對涂層進(jìn)行固化，對整理前后織物的性能，如外觀形態(tài)、抗?jié)B水壓力、透氣性、透濕性、表面張力等進(jìn)行測試分析。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料及試劑

純滌綸織物240T(昆山市英杰紡織品進(jìn)出口有限公司);乙烯基硅油(黏度為10 000 cs，上海鼎紹化工有限公司);輻敏劑(季戊四醇三甲基丙烯酸酯，廣州諦科復(fù)合材料技術(shù)有限公司);SiO2納米粉體(粒徑為30 nm，南京海泰納米材料有限公司)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

60Co-γ輻射源，湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院輻射加工研究所;JSM-6510型掃描電子顯微鏡;YG(B)812D-20型織物抗?jié)B水壓測試儀;YG(B)61D型數(shù)字式織物透氣量儀;JY-PHb型接觸角測定儀;馬丁代爾耐磨儀;電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱;透濕杯。

1.3 試驗(yàn)工藝及參數(shù)

本文中采用的技術(shù)路線為:配制涂層整理劑→涂層(刀涂)→輻射固化(氮?dú)獗Ｗo(hù))→卷裝→取樣→測試分析。

本文分別采用不同的涂層配方及輻射工藝，其詳細(xì)參數(shù)如表1所示。

表1 試樣及其涂層工藝

圖1 涂層前后織物的表觀形態(tài)

2 測試結(jié)果與分析

2.1 涂層前后織物表觀形態(tài)的變化

涂層前后織物的表觀形態(tài)如圖1所示。

由圖1(a)可知，純滌綸織物在涂層前，纖維表面十分光潔，纖維與纖維之間縫隙較明顯，由此決定其潤濕性能較好，且具有良好的透濕、透氣性能。由圖1(b)及圖1(c)可知，由乙烯基硅油涂層后，利用60Co-γ輻射技術(shù)不僅可以很好地將硅油涂層劑固化，而且涂層劑能在織物表面形成一層較連續(xù)的薄膜，纖維與纖維之間互相黏結(jié)，縫隙減少。采用純有機(jī)硅整理后的織物，其表面的膜比較光潔，而加入輻敏劑及SiO2納米粉體后所形成的膜則表現(xiàn)不僅粗糙而且相對較致密。膜的增加必然會(huì)影響材料的表面能以及透濕、透氣等性能。

2.2 抗?jié)B水性能

涂層前后織物的抗?jié)B水性能(靜水壓力)測試結(jié)果如表2所示。

表2 涂層前后織物的靜水壓力 單位:Pa

由表2可知，涂層前的滌綸織物完全不抗靜水壓力，其靜水壓力值不到100 Pa;而經(jīng)乙烯基硅油涂層后織物的抗靜水性能明顯增強(qiáng)。這是由于有機(jī)硅分子在輻射條件下交聯(lián)固化，在織物的表面形成了膜，使得纖維與纖維之間幾乎沒有縫隙。在膜存在的情況下，織物的縫隙孔洞極小，其靜水壓力增大。由表2還可知，添加了輻敏劑的涂層織物的抗靜水壓力更好。這是由于輻敏劑的加入，在同等的涂層量下，輻射時(shí)乙烯基硅油分子的活性增強(qiáng)，分子之間能很好地交聯(lián)固化，所形成的膜性能更優(yōu)異、更穩(wěn)定，使織物的抗?jié)B水性能更強(qiáng)。

2.3 透氣性能

涂層前后織物的透氣性能測試結(jié)果見表3。

表3 涂層前后織物的透氣量單位:L·m －2·s－1

由表3可知，涂層前織物的透氣量達(dá)46.12 L/(m2·s)，織物表現(xiàn)出良好的透氣性能;涂層后的織物由于膜的增加，透氣性能均下降。由添加了輻敏劑及SiO2納米粉體的涂層劑整理后的織物，由于其成膜較致密，透氣性能相對純有機(jī)硅涂層的織物要差，但仍具有一定的透氣性能。

2.4 透濕性能

涂層前后織物的透濕性能測試結(jié)果見表4。

表4 涂層前后織物的透濕率WVT單位:g·m－2·(24 h)－1

由表4可知，涂層前織物的透濕率達(dá)7 832 g/(m2·24 h)，織物表現(xiàn)出良好的透濕性能;涂層后的織物由于膜的增加，透濕性能均下降。經(jīng)純有機(jī)硅涂層后的織物，雖在其表面形成了一層膜，但其透濕率仍高達(dá)6 000 g/(m2·24 h)以上;而經(jīng)添加了輻敏劑及SiO2納米粉體的涂層劑整理后的織物，由于其成膜較致密，透濕率則不到500 g/(m2·24 h)。

織物在采用不同配方的有機(jī)硅涂層劑整理后，仍能表現(xiàn)出一定的通透性。主要原因在于，構(gòu)成聚硅氧烷主鏈的Si—O—Si鏈的鍵角較大，原子與原子間的距離較長，具有較大的自由度，Si—O鍵長達(dá)0.193 nm，使得硅氧烷類化合物不易發(fā)生結(jié)晶。因此，其容易透過氧氣、氮?dú)馍踔了魵夥肿?，用其處理后的織物仍具有一定的通氣透濕性?/p>

2.5 表面張力

涂層后織物的接觸角如圖2所示。

涂層前的滌綸織物具有良好的潤濕性，當(dāng)在織物的表面滴上一定量的水滴后，水滴逐漸將織物潤濕，其接觸角為零。而由圖2(a)可知，在采用純乙烯基硅油對織物進(jìn)行涂層整理后，其拒水性增強(qiáng)，接觸角為100°;由圖2(b)可知，在乙烯基硅油中添加輻敏劑及SiO2納米粉體，由其整理后的織物的拒水性能更為優(yōu)良，接觸角為115°。原因在于，經(jīng)有機(jī)硅涂層劑整理后的織物，其表面存在一層有機(jī)硅薄膜，有機(jī)硅分子表面能很低，決定了其涂層織物的拒水性較好。而在整理劑中添加了輻敏劑及SiO2納米粉體后，最終形成的膜相對較粗糙，更進(jìn)一步增強(qiáng)了織物的拒水性。

圖2 涂層后織物的接觸角

3 結(jié)語

本文采用乙烯基硅油、輻敏劑及SiO2納米粉體配制不同的涂層劑對純滌綸織物進(jìn)行整理，并利用輻射技術(shù)對涂層進(jìn)行固化。通過掃描電鏡觀察可知，乙烯基硅油涂層整理劑能在織物的表面形成一層良好的較連續(xù)的薄膜。而通過其他相關(guān)性能測試對比分析可知，涂層后的織物抗靜水壓力高，表面張力小，拒水性能好，并且還具有一定的通氣透濕性能。該涂層織物可廣泛用于衣料(雨衣類、仿皮革、防水耐熱衣)，日用(防水布)，雜品(雨天帳篷布、海濱太陽傘)，工、農(nóng)業(yè)用(電氣散熱材料、印刷布、制版布)、醫(yī)療衛(wèi)生用(護(hù)傷膏)，室內(nèi)裝潢用(貼墻材料、天花板材料、鋪底材料)，裝飾用(家具面料、遮光簾、暗幕等)，建筑用(頂蓋板材、帳篷等)等產(chǎn)品中。

［1］吳紅玲，蔣少軍.涂層織物的開發(fā)及應(yīng)用［J］.濟(jì)南紡織化纖科技，2002(2):20-22.

［2］章杰.環(huán)保節(jié)能型織物涂層膠的發(fā)展和應(yīng)用［J］.印染，2010(24):41-45.

［3］李正雄.淺談織物涂層劑［J］.印染助劑，2003，20(1):7-10.

［4］HISATOMO Yonehara.The status of radiation curing markets and technology in Japan［C］.Conference Proceedings Rad Tech Asia，2001:115-119.

［5］GIESSMANN A.Multipurpose production line for the coated textile industry［J］.Journal of Coated Fabrics，1998，28(1):56-62.

［6］MEHNERT R.Radiation curing technology＆ equipment［M］.Chiehester and New York，John Wiley ＆Sons，1998:129-134.

［7］MENEZES T.Radiation curing:Looking back，Looking forward［J］.Radtech Report，1998(10):14-18.

［8］UWE F.Radiation curable coatings［M］.SRI Consdting，2004:257-261.

［9］金養(yǎng)智.高速發(fā)展中的中國輻射固化行業(yè)經(jīng)濟(jì)信息統(tǒng)計(jì)分析［J］.中國化工信息，2002(43):13-17.

［10］TAKASHI U，TORU O，NORIYASU S，et al.Radiation curing technology progress and its industrial application in Japan［C］.Shanghai:Proceedings of Rad Tech Asia，2005:15-23.

［11］呂延曉.我國輻射固化產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點(diǎn)與現(xiàn)狀［J］.精細(xì)與專用化學(xué)品，2003(17):6-10.