水性聚丙烯酸酯涂層織物耐水壓控制

敬小波，華繼軍，汪小燕，周正榮

（浙江傳化股份有限公司，浙江杭州311215）

水性聚丙烯酸酯涂層織物耐水壓控制

敬小波，華繼軍，汪小燕，周正榮

（浙江傳化股份有限公司，浙江杭州311215）

介紹了水性聚丙烯酸酯乳液的合成及涂層膜的形成機理，分析了基布、丙烯酸酯乳液及加工工藝對耐水壓的影響，提出了對高耐水壓涂層織物的一些觀點。

水性；聚丙烯酸酯；涂層；涂層織物；耐水壓

箱包、帳篷、雨傘、羽絨服、沖鋒衣等功能性織物加工時，不僅需要滿足手感和牢度等常規(guī)要求，而且有更重要的耐水壓性能的指標要求[1]。若此類產(chǎn)品的耐水壓性能低，就直接失去了其使用價值。耐水壓織物一般分為二類，一類是采用粘合劑將聚四氟乙烯或聚酯等薄膜與織物通過層壓工藝復(fù)合，層壓織物雖然性能突出但工藝復(fù)雜且不耐水洗；另一類是采用涂層劑進行濕法或干法涂層使織物達到耐水壓效果，其工藝實施方便且性能優(yōu)異[2]。涂層織物通常是指在織物表面均勻涂覆一層或多層能連續(xù)成膜的聚合物材料，改變織物外觀風格，增加功能性并提高附加值。目前全球涂層織物已占紡織品總量的30%，涂層劑消耗量已達紡織總助劑重量的50%[3]。由于織物本身大多只具有很低的耐水壓，這就要求使用的涂層膠水能在織物表面形成不溶于水且能耐水壓沖擊的膜，從而提升織物的耐水壓性能。紡織涂層的耐水壓性能不同于常見的拒水性能，高耐水壓織物也可分為透濕和不透濕，如羽絨服、沖鋒衣就需要有透濕高耐水壓（透汗），而箱包布、帳篷和雨傘等則不需要透濕[4]。

目前涂層劑使用最廣泛的主要是聚氨酯（PU）、聚丙烯酸酯（PA）及其改性、復(fù)配物。溶劑型膠水因成膜性好和拒水等優(yōu)勢而具有較好的耐水壓性能，但要消耗大量有機溶劑，造成污染和安全隱患。水性涂層膠則主要以水為分散介質(zhì)，價格低且安全環(huán)保，乳液黏度與聚合物相對分子質(zhì)量無關(guān)，從而有利于傳熱及合成操作[5]。隨著環(huán)保及安全壓力不斷加大，以及有機溶劑價格的大幅上漲，水性膠的使用量逐年增加。在水性膠當中，聚氨酯耐低溫、耐溶劑性好，且具有良好的彈性和柔韌性，但水洗牢度差，易黃變且價格較高[3]。而用于織物涂層的聚丙烯酸酯乳液，機械強度高，耐黃變、耐老化、耐水性好，且價格便宜，所以水性聚丙烯酸酯一直是耐水壓涂層織物的研究重點，但是其相關(guān)介紹卻非常少[6]。

1　耐水壓測試及涂層織物工藝

1.1織物耐水壓性能測試標準

不同于測試拒水性能的噴淋實驗或沾水試驗，織物的耐水壓性能通常用抗?jié)B水性測試來表征，以織物能承受的靜水壓來表示水透過織物所遇到的阻力，故也稱為靜水壓測試法。根據(jù)GB／74744—1997《紡織織物抗?jié)B水性測定靜水壓試驗》標準，測試方法是在標準大氣壓下，織物的一面承受勻速上升的水壓，直到布面有3處滲水為止，記錄此時的壓力，即為該織物的耐水壓指標。標準未規(guī)定水壓從試樣的涂層面或背面施加，但由于耐水壓織物使用時都是水從涂層面滲透到內(nèi)部，故測試時水壓應(yīng)從涂層面施加[7]。根據(jù)用途不同，客戶對紡織物耐水壓要求不同，較低的要求在5千帕左右，高的時候甚至需要到20～100千帕。

1.2涂層織物工藝

水性聚丙烯酸酯可廣泛用作尼絲紡、棉、滌綸、帆布等織物的涂層劑，并可以通過直接涂層或轉(zhuǎn)移涂層進行加工，以獲得各種功能性材料。直接涂層是織物涂層的主要方式，本文主要在直接涂層基礎(chǔ)上分析耐水壓控制。其普通工序是：織物經(jīng)過軋光、防水整理，涂層膠增稠到合適黏度進行刮涂，烘干并進一步培烘。根據(jù)需要可以再逆向刮涂、培烘一次，以降低成膜缺陷從而提升耐水壓指標。

2　水性聚丙烯酸酯合成及涂層膜的形成

2.1水性聚丙烯酸酯合成

水性聚丙烯酸酯主要通過乳液聚合得到，由單體、水、水溶性引發(fā)劑和乳化劑組成。單體在乳化劑作用下形成乳狀液，加熱和引發(fā)劑作用下發(fā)生聚合反應(yīng)。在聚合的單體中，除一般的硬性、軟性、交聯(lián)單體外，還可以引入一些親水或疏水性單體、剛性單體或大分子單體來增加功能性。在聚合工藝上也可以采取半連續(xù)或間歇反應(yīng)，預(yù)乳化及種子聚合技術(shù)。一些特殊的乳液聚合技術(shù)也被用于生產(chǎn)中，如微乳液、細乳液及互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等[8-9]，核殼乳液也被用于合成高耐水壓聚丙烯酸酯乳液[10]。

其中X可以是—H或—CH3等，

R1可以是—H，—CH3，—C2H5，—C4H9等，

R2可以是—OCOCH3，—C6H5，—Cl，—CN等。

2.2涂層膜的形成

涂層織物的耐水壓性能主要由涂層膜提供，因此涂層膜的形成及其質(zhì)量非常重要。如圖1所示，水性膠水增稠后，均勻涂覆在織物表面，根據(jù)織物本身的疏水性在布面有一定的滲透。在高溫下，織物表面的膠水隨著水分的迅速蒸發(fā)，聚合物乳膠粒開始接觸，逐漸變形并緊密堆積，然后形成連續(xù)的膜，而這些乳膠粒之間還會存在乳化劑、增稠劑、水和油蒸發(fā)形成的氣孔。完整的涂層膜為織物的耐水壓提供了表面拒水性和力學(xué)強度，這是保持高耐水壓的重要條件。下面詳細分析涂層織物耐水壓的影響因素。

3　涂層織物耐水壓影響分析

3.1織物對耐水壓的影響

圖1　涂層膜的形成

織物基布本身耐水壓指標很低，與其纖維材料對水的潤濕性有關(guān)，潤濕性越大織物耐水壓越差，潤濕性大致排列順序為棉＞腈綸＞羊毛＞滌綸＞丙綸，此外還與基布緊度、厚度、纖維彈性及軋光、防水整理等有關(guān)[11]。當基布的總緊度低時，其經(jīng)緯線網(wǎng)狀骨架太稀，漿料容易滲透導(dǎo)致涂層膜的厚度下降，一般需要緊度不得低于70%[12]。且基布作為整個涂層織物的承力層，若緊度或厚度低，當水壓沖擊時，不能有效支撐整個涂層織物，從而在中間產(chǎn)生較大凹面，導(dǎo)致涂層膜的破裂而不能耐水壓。若織物纖維彈性較大或纖維間容易滑動，涂層織物也容易在高水壓下發(fā)生較大形變引起破裂。由于水性膠和油性膠的區(qū)別，布面的潤濕性、軋光和防水整理等也直接影響涂層膠的滲透和上漿量，直接影響耐水壓指標?；嫉木o度和厚度高，彈性低及布面疏水，對耐水壓產(chǎn)生正面影響。

3.2水性聚丙烯酸酯膠水對耐水壓的影響

膠水對耐水壓的影響主要體現(xiàn)在涂層的形成及其疏水性和強度，涂層膜越疏水且強度高耐水壓越高。對耐水壓產(chǎn)生影響的涂層膠性能主要是指膠水的固含量、樹脂的相對分子質(zhì)量和玻璃化溫度，以及上機黏度。含固量低的膠水會降低成膜性及成膜后的強度，在相同條件下耐水壓較低。聚丙烯酸酯的相對分子質(zhì)量和玻璃化溫度高有利于提高涂層膜的強度和耐水壓，也可以通過添加內(nèi)交聯(lián)或外加交聯(lián)劑產(chǎn)生交聯(lián)來獲得。但是強度高而脆的話，耐水壓指標反而會下降。涂層膜的親疏水性和聚丙烯酸酯本身有關(guān)，而乳化劑、增稠劑等親水性物質(zhì)的添加也會大幅降低疏水性，所以需要盡量減少該類物質(zhì)，也可以合成自增稠性膠水減少增稠劑。涂層膜的疏水性可以通過膜接觸角的測試獲得。膠水合適的黏度及良好流平性可以得到更完整的涂層膜，控制滲透，對耐水壓產(chǎn)生正面影響。低黏度的涂層膠對織物的滲透性強，在織物表面的成膜性差，而黏度過大時，膠水流平性差導(dǎo)致成膜不均勻，都會影響涂層織物的耐水壓性能。

3.3涂層工藝對耐水壓的影響

涂層工藝也會對織物耐水壓產(chǎn)生很大影響，它決定了涂層質(zhì)量、厚度及孔隙的大小。涂層質(zhì)量要求整個布面上漿均勻，具有很好的牢度，局部瑕疵會影響整個涂層，要避免有未攪開的增稠劑或聚丙烯酸酯膠塊。靜電作用也會造成瑕疵，纖維和刮刀摩擦能使涂層薄膜帶電，形成針眼而降低耐水壓，這可以安裝靜電消除裝置來解決。此外，若涂層太薄，涂層劑在表面不易連續(xù)成膜，耐水壓較低，膠水的固含量只是其中一部分，操作中也可以通過進料角量來調(diào)節(jié)。在同樣條件下，上漿量提高1倍，耐水壓指標通常可提高數(shù)倍。進料角的大小及進料壓力，影響漿料和基布的貼合及漿料的流平、分散與成膜。

膜的孔隙越大越多，涂層織物的耐水壓性能就越差，這可以用氣通量來考察孔隙率?？紫兜漠a(chǎn)生主要有3個原因：一是乳化劑在攪拌過程中因發(fā)泡產(chǎn)生，這就需要添加少量消泡劑進行消泡，但消泡劑尤其是有機硅類有可能分散不良，形成缺陷；二是高溫培烘時水和油迅速蒸發(fā)形成大量水蒸氣氣泡，破裂后形成氣孔，降低培烘溫度延長時間，有利于減少氣孔；三是漿料流平性差的話，乳膠粒間不能有效形變緊密排列，產(chǎn)生粒子間孔隙。乳膠粒的粒徑小，涂層膜孔隙可能將越小，或乳液中分布有較小的乳膠粒來填補孔隙。生產(chǎn)中經(jīng)常使用二次刮涂，來提升涂層膜均勻性和厚度并降低孔隙，從而改善耐水壓性能。

4　結(jié)語

當今國內(nèi)外涂層織物對耐水壓性能的要求越來越高，市場客戶眾多且需求量大，戶外運動裝備、消防及軍工需求增多，并且在抗災(zāi)等特殊時期可能會有巨大的增量。水性丙烯酸酯涂層性能優(yōu)異，節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟耐用，是耐水壓織物的潮流。在其加工中，影響耐水壓的因素眾多，總的來說就是要提高基布和涂層膜的強度，減少涂層膜的瑕疵和孔隙，并提高涂層膜的疏水性。要綜合性地對被涂織物的材質(zhì)、水性聚丙烯酸酯膠水的性能以及加工工藝條件等諸因素進行控制，才能得到成本低、手感好、耐水壓指標高的產(chǎn)品。

[1]汪嬌寧，陳波．高透濕高耐水壓織物涂層劑的復(fù)配及工藝條件分析[J]．產(chǎn)業(yè)用紡織品，2012，2(257)：35-49．

[2]鄧紅霞，董激文，鄧瑾．紡織織物抗?jié)B水性測定——靜水壓測試方法的探討[J].中國纖檢，2012（7）：63-65．

[3]羅運軍，葛震，唐本鑫，等．一種高靜水壓水性聚氨酯織物涂層劑的制備方法：中國，201510017477．5[P]. 2015-05-13．

[4]柳艷，朱振華.紡織品耐水壓性能測試[J].印染，2014（4）：37-38．

[5]石偉明，裴晉昌，徐慧珍，等.PP-3聚丙烯酸酯防水透濕涂層劑的合成及涂層整理工藝[J].印染，1989，15（2）：69-75．

[6]嚴欣寧，唐麗，楊文堂，等.聚丙烯酸酯改性聚氨酯水性高耐水壓涂層乳液及制備方法：中國，201110316017.4 [P].2012-04-04.

[7]夏纓，任信，潘葵．依據(jù)IS0811進行紡織品耐水壓試驗關(guān)鍵點[J]．科技博覽，2010（26）：28-29．

[8]Borthakur L J，Jana T，Dolui S K.Preparation of core-shell latex particles by emulsion co-polymerization of styrene and butyl acrylate，and evaluation of their pigment properties in emulsion paints[J]．Journal of coatings technology research，2010，7（6）：765-772．

[9]Yuan L，Wang Y，Pan M Z，et al．Synthesis of poly(methyl methacrylate)nanoparticlesvia differential microemulsion polymerization[J].Europeanpolymerjournal，2013，49（1）：41-48．

[10]嚴欣寧，孫繼昌，劉杰，等.堿增稠型抗靜水壓織物涂層膠及其制備方法：中國，200910010749.3[P]．2009-08-19．

[11]陳益人，陳小燕，鄭鵬．幾種國內(nèi)外防水透濕織物的性能比較[J].棉紡織技術(shù)，2006，34（2）：81-83．

[12]王慶元.涂層產(chǎn)品的手感及耐水壓控制[J].絲綢，1989（2）：25-28．

10．13752／j．issn．1007－2217．2015．04．004

2015－10－12