PVP對(duì)水性聚氨酯防水透濕涂層整理的影響

周金麗　朱夢(mèng)雪　俞　霞　徐　慶

(紹興文理學(xué)院　紡織服裝學(xué)院，浙江　紹興31200；浙江省清潔染整技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江　紹興312000)

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PVP對(duì)水性聚氨酯防水透濕涂層整理的影響

周金麗朱夢(mèng)雪俞霞徐慶

(紹興文理學(xué)院紡織服裝學(xué)院，浙江紹興31200；浙江省清潔染整技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江紹興312000)

為優(yōu)化涂層織物的防水透濕性，將自制的水性聚氨酯(WPU)乳液以及經(jīng)聚乙烯吡咯烷酮(PVP)改性后的水性聚氨酯應(yīng)用于滌綸紡織品涂層整理，探討了涂層量、焙烘溫度、焙烘時(shí)間、PVP用量以及分子量等相關(guān)因素對(duì)涂層織物防水透濕性能的影響.結(jié)果表明：PVP的加入，顯著改善了涂層織物的防水透濕性，當(dāng)PVP分子量為8 000，用量為10%時(shí)，涂層織物的靜水壓值為393 mmH2O，透濕量為2237 g/(m2·d)，較未改性涂層織物分別提高17%和8%，綜合性能顯著改善.

涂層工藝；防水透濕；PVP；水性聚氨酯

防水透濕涂層織物作為一種集防水和透濕性能于一體的功能性紡織品，目前已在服裝和產(chǎn)業(yè)用紡織品領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用[1].防水透濕機(jī)理主要包括微孔透濕和無(wú)孔透濕兩大類：微孔透濕主要借助于涂覆在織物表面的涂層膜所含的0.0004μm～20μm直徑的大量微孔，在阻擋液態(tài)水向織物內(nèi)滲透的同時(shí)，確保水蒸氣分子自由通過(guò)微孔，以實(shí)現(xiàn)防水透濕的效果[2]；而無(wú)孔透濕是指涂層膜的表面及本體為均勻致密結(jié)構(gòu)，致密的實(shí)心層使涂層膜具有防水性，但是該實(shí)心層可以通過(guò)其親水基團(tuán)與水分子間相互的熱運(yùn)動(dòng)作用，將吸附的水分子由高濕度傳遞到低濕度并發(fā)生解吸[3].

水性聚氨酯干法涂層整理工藝是一種經(jīng)濟(jì)高效的防水透濕織物加工技術(shù)，但是目前存在防水性與透濕性難以協(xié)調(diào)的技術(shù)瓶頸.為有效改善涂層織物的防水透濕性能，本文應(yīng)用自制的水性聚氨酯乳液以及經(jīng)PVP改性的聚氨酯乳液對(duì)滌綸織物進(jìn)行涂層整理，探討其對(duì)防水透濕性能的影響.

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1材料、藥品與儀器

材料：180T平紋春亞紡(75D，45 g/m2).

藥品：異佛爾酮二異氰酸酯(工業(yè)級(jí)，拜耳公司)；聚醚210(Mn=1 000，工業(yè)級(jí)，江蘇海安石化公司)；三羥甲基丙烷(分析純，天津市永大化學(xué)試劑有限公司)、二羥甲基丙酸(分析純，上海國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司)；聚乙烯吡咯烷酮(PVP，分析純，上海阿拉丁試劑有限公司)；催化劑二丁基二月硅酸錫(工業(yè)級(jí)，上海國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司)；三乙胺(分析純，江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)有限公司)；丙酮(分析純，杭州化學(xué)試劑有限公司)；增稠劑(工業(yè)級(jí)，浙江富利達(dá)絲綢印染公司)；FP-S4防水劑(工業(yè)級(jí)，上海雅運(yùn)紡織助劑有限公司).

儀器：H-10K-L萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)(美國(guó)Tinius olsen公司)；PA0立式強(qiáng)力壓染試驗(yàn)機(jī)，連續(xù)式定型烘干機(jī)(廈門(mén)瑞比精密機(jī)械有限公司)；MU572C涂層試驗(yàn)機(jī)(北京紡機(jī)所裝備技術(shù)有限公司)；YG-601電腦式織物透濕儀(南通三思機(jī)電科技有限公司)；YG(B)812D-20數(shù)字式滲水性測(cè)定儀(溫州大榮紡織儀器有限公司)；YG(B)541E智能式織物折皺彈性儀(溫州大榮紡織儀器有限公司).

1.2實(shí)驗(yàn)部分

1.2.1WPU乳液的制備

將13.32 g聚醚210投入到三口燒瓶中，充入氮?dú)?，加?.90 g IPDI，在80℃下反應(yīng)1h后加入0.90 g二羥甲基丙酸、適量的催化劑和丙酮(調(diào)節(jié)體系黏度)，繼續(xù)反應(yīng)2 h.降溫至40℃，加入0.63 g三乙胺和丙酮(調(diào)節(jié)體系黏度)，中和反應(yīng)15 min.高速攪拌下加入去離子水乳化60 min.升溫至55℃，加入0.89 g三羥甲基丙烷擴(kuò)鏈、交聯(lián)90 min.最后，減壓蒸餾去除丙酮，加去離子水調(diào)節(jié)PVP/WPU固含量至30%左右.

1.2.2PVP/WPU乳液的制備

在乳化時(shí)加入一定量的PVP(PVP用量為相對(duì)總投料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù))和去離子水，乳化60 min，其他同1.2.1.

1.2.3拒水整理

與處理后的滌綸織物一浸一軋(FP-S4防水劑15 g/L，軋余率64%)→預(yù)烘(80℃，3 min)→焙烘 ( 170℃，1 min).

1.2.4涂層整理

在20 g自制乳液中加入1.2 g增稠劑和80 g水，充分?jǐn)嚢?，制得涂層漿，對(duì)拒水整理織物進(jìn)行單面涂層，100℃預(yù)烘3 min，140℃焙烘1 min.

1.3性能測(cè)試

1.3.1靜水壓

參照GB/T 4744-1997《紡織織物抗?jié)B水性測(cè)定靜水壓試驗(yàn)》測(cè)定，靜水壓數(shù)值大小表示織物防水性能的優(yōu)劣.

1.3.2透濕性

參照GB/T 12704.1-2009《紡織品 織物透濕性試驗(yàn)方法 第1部分：吸濕法》測(cè)定透濕量數(shù)值表示織物透濕性能的高低.

1.3.3折皺回復(fù)角

采用YG(B)541E 智能式織物折皺彈性儀對(duì)整理織物折皺回復(fù)角進(jìn)行測(cè)量，急彈回復(fù)角15 s后測(cè)量，緩彈回復(fù)角5 min后測(cè)量，每塊織物折皺回復(fù)性測(cè)試5次，并取其平均值.

1.3.4硬挺度

采用LLY-01電子硬挺度儀對(duì)涂層織物硬挺度進(jìn)行測(cè)定，測(cè)試3次.硬挺度數(shù)值越小，織物柔軟性越好.

2　結(jié)果與討論

2.1未改性涂層整理技術(shù)研究

使用自制的水性聚氨酯乳液對(duì)滌綸織物進(jìn)行涂層整理，探討涂層量、焙烘溫度及焙烘時(shí)間等工藝因素對(duì)涂層織物防水性和透濕性的影響.

2.1.1涂層量

涂層量即涂層厚度，是直接影響涂層織物性能的重要因素.涂層量過(guò)少，涂層膠在織物表面難以形成連續(xù)均勻的涂層膜，織物的靜水壓降低，防水性差；涂層量過(guò)多，在織物表面形成的薄膜厚，織物靜水壓提高，但透濕量下降，同時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致涂層面不易烘干，成膜不好[4].固定焙烘溫度為140℃，焙烘時(shí)間60 s，通過(guò)改變涂層機(jī)左右壓力調(diào)節(jié)涂層量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示.

圖1　涂層量對(duì)涂層織物防水透濕性能的影響

由實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)涂層量為25 g/m2時(shí)，靜水壓為369 mmH2O達(dá)到最大，而當(dāng)涂層量為20 g/m2時(shí),透濕量達(dá)到最大，為2 066 g/(m2·d).因此涂層量控制在20～25 g/m2較為合適.選擇涂層量為20 g/m2進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn).

2.1.2焙烘溫度

控制涂層量20 g/m2，焙烘時(shí)間60 s，改變焙烘溫度，研究焙烘溫度對(duì)涂層織物防水透濕性能的影響，其結(jié)果如圖2所示.

由圖2可知，涂層織物的靜水壓值隨著焙烘溫度的升高呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢(shì).焙烘溫度直接影響到涂層膠成膜性與涂層織物之間的結(jié)合程度.當(dāng)溫度較低時(shí)，涂層劑不能很好地交聯(lián)成三維網(wǎng)狀膜結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，涂層劑結(jié)構(gòu)會(huì)遭到破壞[5].焙烘溫度為140℃時(shí)，靜水壓值和透濕量達(dá)到最高，故后續(xù)實(shí)驗(yàn)選擇焙烘溫度為140℃.

圖2　焙烘溫度對(duì)涂層織物防水透濕性能的影響

2.1.3焙烘時(shí)間

在涂層整理過(guò)程中，焙烘時(shí)間會(huì)對(duì)涂層膠成膜與織物之間的結(jié)合程度有一定的影響.改變焙烘時(shí)間，研究其對(duì)涂層織物防水透濕性能的影響，結(jié)果如圖3所示.

由圖3可知，焙烘時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)涂層織物的透濕量和靜水壓值影響較小，且焙烘60 s時(shí)，涂層膜不發(fā)黏，因此，選擇焙烘時(shí)間為60 s進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn).

圖3　焙烘時(shí)間對(duì)涂層織物防水透濕性能的影響

2.2PVP改性涂層整理技術(shù)研究

2.2.1PVP用量對(duì)涂層整理的影響

采用分子量為8 000的PVP改性水性聚氨酯乳液制備不同PVP含量的PVP/WPU乳液，按2.1所得滌綸織物優(yōu)化涂層整理工藝，探討PVP用量對(duì)涂層織物防水透濕性能和其他織物性能的影響，其結(jié)果如圖4和表1所示.

由圖4可知，隨著PVP用量的增加，涂層織物的透濕量同步增大，靜水壓值則呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì).原因?yàn)镻VP有極強(qiáng)的吸濕性和保水性[6]，PVP的加入顯著改善了聚氨酯膜的透濕性能，因而透濕量得以提高.同時(shí)可以看出，PVP的加入并沒(méi)有顯著降低涂層織物的防水性能，當(dāng)PVP用量從0增加到10%時(shí)，靜水壓值由336 mmH2O提高至393 mmH2O，其原因是PVP與聚氨酯形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[7]，改善兩者之間的相容性，防水性得以改善.但繼續(xù)增加PVP用量，PVP與水性聚氨酯之間相分離程度加劇導(dǎo)致涂層織物的防水性變差.

由表1可知，隨著PVP用量的增加，涂層織物的硬挺度開(kāi)始降低，隨后出現(xiàn)增大，涂層織物的手感變差.急彈回復(fù)角和緩彈回復(fù)角減小，抗折皺性能變差.

圖4　PVP用量對(duì)涂層織物靜水壓值和透濕量的影響

表1不同PVP用量對(duì)涂層織物相關(guān)性能的影響

PVP用量(%)硬挺度(cm)急彈回復(fù)角(°)緩彈回復(fù)角(°)03.40107.90146.44102.8796.35134.13202.9995.08131.84303.1186.91125.26403.4383.08116.87

注：急彈回復(fù)角為15 s后的角度，緩彈回復(fù)角為5 min后的角度.

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，宜控制PVP用量為10%較合適.

2.2.2PVP分子量對(duì)涂層效果的影響

在PVP加入量為10%的條件下，改變PVP的分子量，實(shí)驗(yàn)PVP分子量對(duì)涂層織物性能的影響，結(jié)果如表2所示.

由表2可知，隨著PVP分子量的提高，涂層織物的靜水壓值顯著降低，防水透濕性能變差.但透濕量增大明顯.推測(cè)原因可能是高分子量的PVP與聚氨酯相容性差，因而防水性下降，透濕量增加.由表2還知，PVP分子量由8 000提高至1 300 000，涂層織物的手感和抗折皺性能變差.

根據(jù)以上分析，選擇PVP分子量為8 000較為合適.

表2PVP分子量對(duì)涂層織物相關(guān)性能的影響

PVP分子量靜水壓(mmH2O)透濕量[g/(m2·d)]硬挺度(cm)急彈回復(fù)角(°)緩彈回復(fù)角(°)033620663.40107.90146.44800039322372.8796.35134.132400033923103.1692.10131.04130000028023953.1989.25128.38

3　結(jié)論

(1)采用自制水性聚氨酯按照涂層量20 g/m2、焙烘溫度140℃、焙烘時(shí)間為60 s的整理工藝，所得涂層織物的靜水壓值為336 mmH2O、透濕量為2 066 g/(m2·d)、硬挺度為3.40cm、急彈回復(fù)角為107.90°、緩彈回復(fù)角為146.44°.

(2)使用分子量為8 000的PVP對(duì)水性聚氨酯進(jìn)行改性后對(duì)滌綸織物進(jìn)行涂層整理，控制PVP的用量為10%，能有效改善涂層織物的防水透濕性能，涂層織物的靜水壓值為393 mmH2O、透濕量為2 237 g/(m2·d)，相比未改性涂層織物，分別提高17%和8%，整理織物的手感較佳，但是抗折皺性有所下降.

[1]周金麗．絲素改性防水透濕織物涂層技術(shù)研究[D]．杭州：浙江理工大學(xué)，2013．

[2]LOMAX G R. Coated Fabries: Part 1-lightweight breathable fabrics[J]. Joumal of coated fabrics，1985，15:115-127.

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[4]王慧玲．多功能涂層織物的研究[D]．青島：青島大學(xué)，2007.

[5]鄭今歡，鐘幼芝，邵建中，等．納米抗紫外防水涂層織物的研究[J]．印染，2005，31(17)：7-11．

[6]崔英德,易國(guó)斌,廖列文．聚乙烯吡咯烷酮的合成與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社,2001.

[7]STEPANENK L V，BROVKO A A，et al．Preparation and properties of blends of ion-containing polyurethane with polyvinyllpyrrolidone[J]．Zhurnal Prikladnoi Khimii，2004，77(3)：488-492(5)．

(責(zé)任編輯魯越青)

The Effect of PVP on Waterproof and Moisture Permeable Coating

Zhou JinliZhu MengxueYu XiaXu Qing

(School of Textile Engineering and Apparel Design, Shaoxing University, Shaoxing, Zhejiang 312000;Key Laboratory of Clean Dyeing and Finishing Technology of Zhejiang Province, Shaoxing University, Shaoxing, Zhejiang 312000)

In order to improve the waterproof and moisture permeability of coating fabrics, waterborne polyurethane (WPU) emulsion and polyvinylpyrrolidone (PVP) modified WPU were prepared and applied in polyester coating. The effect of coating weight, curing temperature, curing time, the dosage and the molecular weight of PVP upon waterproof and moisture permeability was investigated. The results show that waterproof permeability can be remarkably improved by adding PVP. When the molecular weight of PVP is 8000, the dosage of PVP is 10%, the value of water pressure resistance of coated fabric is 393 mmH2O and the moisture permeability is 2237 g/(m2·d), the value of water pressure resistance and moisture permeability rises by 17% and 8% respectively compared with the only WPU coated fabrics, which significantly improves the properties of coating fabrics.Key words：coating technology; waterproof and moisture permeability; PVP; waterborne polyurethane

2015-12-29

紹興文理學(xué)院校級(jí)項(xiàng)目“PVP改性水性聚氨酯涂層劑的制備及其應(yīng)用”(編號(hào)：2013LG1011).

周金麗(1987-)，女，浙江余姚人，助理實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向:生態(tài)紡織染整技術(shù).

10.16169/j.issn.1008-293x.k.2016.08.15

TS 195.2

A

1008-293X(2016)08-0082-04