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      純棉篷蓋布涂料染色拒水拒油阻燃復合涂層

                            純棉篷蓋布涂料染色拒水拒油阻燃復合涂層
                                           張廣知,黃小華
              ( 安徽工程大學安徽省紡織面料重點實驗室,安徽 蕪湖 241000)
          摘要:采用同浴涂層法對純棉篷蓋布進行涂料染色、拒水拒油整理、阻燃整理等復合功能加工,討論了涂層配方和涂層量等對復合功能涂層效果的影響。并采用掃描電子顯微鏡( SEM) 、X 射線能譜分析( XPS) 、熱分析( TG) 等表征了纖維表面形態、表面元素以及熱性能。結果表明,經過同浴復合功能涂層后,篷蓋布拒水拒油效果達到4 級以上,耐水壓可達18. 0 kPa 以上,阻燃效果可達B1 級,涂料染色濕摩擦牢度達到4 級; 纖維上氟和磷的含量明顯增加,復合功能涂層后,同樣存在3 個裂解階段,但各階段裂解溫度明顯降低,且主要裂解階段更為明顯,殘渣量明顯提高。
          關鍵詞:純棉篷蓋布; 復合功能涂層; X 射線能譜分析; 熱分析
          中圖分類號: TS 195. 5 文獻標志碼: A
          文章編號: 0253-9721( 2013) 02-0125-05
          隨著篷蓋布應用范圍不斷擴大,傳統功能單一的篷蓋布難以滿足軍用、產業用、民用等使用要求,篷蓋布的發展趨向于多功能性。涂層法是實現紡織品多功能的重要方法,多功能化[1]、智能化[2]、綠色環;羌徔椘吠繉诱恚3 - 5]研究的熱門課題。徐旭凡[4]采用轉移涂層法,在聚氨酯涂層漿中加入殼聚糖,制得了具有防水透濕、抗菌效果的多功能織物。馬曉光等[6]以T /C 高強平紋織物為基布,采用改性的聚丙烯酸酯TP 為涂層整理劑,制得具有阻燃、防水透濕、拒油、耐化學腐蝕、耐老化、防近紅外探測等多種功能的涂層織物。張健飛等[7] 在聚氨酯涂層劑中加入阻燃劑對滌綸基布進行涂層整理,制得具有防水透濕和阻燃效果的多功能涂層織物。鄭今歡等[8]結合抗紫外線屏蔽劑,采用多種涂層劑對純棉漂白布和尼絲紡織物進行涂層加工,制成了具有防水透濕和良好紫外線防護性能的多功能涂層織物。而結合涂料染色的同浴復合功能涂層整理研究未見文獻報道。
          另外,隨著全球對環保、節能減排的關注,傳統的“先染料染色再單一防水整理”分步生產技術受到了嚴重的挑戰,本文采用同浴涂層法對純棉篷蓋布進行涂料染色、拒水拒油整理、阻燃整理等復合多功能加工,大大縮短生產工序,節約用水,降低能耗,減少污水排放,具有較好的實用價值。
          1 ·實驗部分
          1. 1 實驗材料與試劑
          純棉篷蓋布,經緯紗線密度均為27. 8 tex × 2,經緯密為232 根/ 10 cm × 200 根/ 10 cm( 蕪湖強力紡織品有限公司) 。
          無光涂層劑PU-801 ( 工業品,遼寧恒星精細化工有限公司) ; 阻燃劑PES-M、阻燃粉PD( 工業品,杭州伊聯化工有限公司) ; TG-435 ( 工業品,上海大金) ; 水性聚氨酯黏合劑( 自制) 。
          1. 2 實驗儀器與設備
          MATHISLTF 型涂層機( 瑞士) ,JMU 型針板拉幅熱定型機( 北京紡織機械器材研究所) ,M214 型表面抗濕性能試驗儀( 山東省紡織儀器有限公司) ,YG815A 型織物阻燃性能測試儀、YG812D 型織物滲水性測定儀( 溫州方圓儀器有限公司) ,S-4800 型冷場發射掃描電子顯微鏡及附件X-射線能譜分析儀( 日本日立) ,DTG-60H 熱重分析儀( 日本島津) ,YG815 垂直法織物燃燒性能測試儀。
          1. 3 同浴涂層法復合功能整理工藝
          涂層配方: 涂層漿65 份,涂料( 自配軍綠色)8 份,自制黏合劑20 份,加水適量合成100 份。工藝流程: 篷蓋布半制品→ 涂層→ 烘干( 100 ℃) → 涂層→ 烘干( 100 ℃) → 焙烘( 160 ℃ /3 min) → 測試。
          涂層漿組成: 主要由涂層劑PU-801、阻燃劑PES-M、阻燃粉PD、防水劑等組成,設計5 種組分不同的涂層漿,見表1。
                 
          1. 4 測試方法
          1. 4. 1 阻燃性能測試
          參照GB /T 5455—1997《紡織品燃燒性能試驗垂直法》進行測試。
          參照GB /T 17591—2006《阻燃機織物》的阻燃性能指標進行評價。B1 級: 損毀炭長≤15 cm,續燃時間≤5 s,陰燃時間≤5 s。B2 級: 損毀炭長≤20 cm,續燃時間≤15 s,陰燃時間≤10 s。
          1. 4. 2 拒水拒油性能測試
          在M214 型織物沾水儀上進行拒水柜油性能測試,參照GB /T 4745—1997《紡織織物表面抗濕性測定沾水試驗》進行評級( 拒油性能測試模仿拒水性能測試方法,以植物油代替去離子水) 。
          1. 4. 3 靜水壓測試
          在YG812D 型織物靜水滲水性測定儀上,按GB /T 4744—1997《紡織織物抗滲水性測定靜水壓試驗》進行測試。
          1. 4. 4 織物表面形態表征和表面元素分析
          采用日本日立公司的S-4800 型冷場發射掃描電鏡對織物形態進行掃描,并采用能譜附件對纖維表面成分進行分析。
          1. 4. 5 熱重分析
          熱重分析在日本島津公司的DTG-60H 熱重分析儀上測試。測試條件: 氮氣氣氛,氣流為40 mL /min,升溫速度為10 ℃ /min,溫度范圍為40 ~ 700 ℃,樣品質量為1 ~ 5 mg。
          2 ·結果與討論
          2. 1 涂層漿組分對復合涂層效果的影響
          表2、3 示出不同組分涂層漿對涂層效果的影響?煽闯,不同組分涂層漿對織物的防水性能和阻燃性能影響較大,而對染色性能沒有明顯影響,隨著涂層漿中水性聚氨酯涂層劑用量的增加,拒水拒油整理劑和阻燃整理劑用量的減少,織物耐靜水壓越來越好,但織物的拒水拒油指標和阻燃指標都出現了不同程度下降,因為水性聚氨酯成膜性能較好,封閉織物的空隙,因而耐水壓會升高,但隨著其用量增加,織物上含氟、含磷量的絕對值會有所降低,導致拒水拒油性能和阻燃性能下降。綜合考慮,選擇3 號組分較為合適。 
               
          2. 2 涂層量對復合涂層效果的影響
          表4、5 示出涂層量對涂層效果的影響?梢钥闯,涂層量大小明顯影響涂層織物耐水壓、阻燃性能和拒油性,而對拒水性能、染色性能幾乎無影響。隨著涂層量增大,織物耐水壓也增大,主要是由于涂層量增大,織物表面形成的膜厚度和交聯程度增大,抗水滲透性能增強,所以織物耐水壓增大; 隨著涂層量增大,織物表面含磷量、含氟量的絕對值也會隨著增大,因而阻燃性能、拒油性能都有所提高。綜合考慮,選用涂層量為197 g /m2 較為合適。
              
              
          綜上,純棉篷蓋布復合功能涂層整理優化工藝為: 涂層漿65 份( 其中涂層劑PU-801 60 份; 阻燃劑PES-M 20 份; 防水劑TG-435 20 份; 阻燃粉20% ( 對涂層漿) ) ; 自制黏合劑20 份; 加適量水; 涂層量197 g /m2 ; 焙烘溫度160 ℃; 焙烘時間3 min。
          2. 3 同浴復合功能涂層織物表面形態
          圖1 示出純棉篷蓋布復合功能涂層前后的SEM照片?梢钥吹,與未處理棉纖維相比,經過復合功能涂層后,純棉篷蓋布表面覆蓋了一層薄膜,同時可以看到有一些微粒附著( 可能為阻燃粉) ,纖維之間存在一些相互黏連,這說明阻燃劑、拒水拒油整理劑、黏合劑等和纖維素之間可能形成了共價交聯,在織物表面形成網狀結構的薄膜包覆在纖維表面,封閉織物組織點之間的空隙,表面光滑性略有提高。
               
          2. 4 同浴復合功能涂層織物表面元素分析
          表6 示出采用掃描電鏡的能譜附件( XPS) 對純棉篷蓋布涂層前后表面元素分析的結果?梢钥闯,同浴涂層法復合功能加工后,纖維表面氟元素的相對含量達到12. 17% ,而纖維表面磷元素的相對含量達到8. 88%?椢锞芩苡托阅芎脡娜Q于其表面拒水拒油整理劑含量,即纖維上氟含量,纖維表面氟含量的多少,也反映了纖維上總的氟含量的多少[9]; 同樣,阻燃性能好壞取決于織物表面阻燃整理劑含量,即取決于纖維上磷含量,纖維表面磷含量的多少,也反映了纖維上總的磷含量的多少[10]。因此,涂層法復合功能整理后,織物上含有一定量的氟、磷,因此織物拒水拒油效果均達4 級以上,靜水壓達到18. 0 kPa以上,阻燃效果都達國標B1 級。
                 
          2. 5 同浴復合功能涂層熱重分析
          圖2 示出復合功能涂層前后織物的TGA 熱譜圖。由圖可知,同浴涂層法復合功能加工前后棉織物熱裂解都存在3 個裂解階段: 初始裂解、主要裂解和殘渣裂解階段[11]。復合功能涂層后,初始裂解階段溫度為40 ~ 249. 14 ℃,失重率約為7. 86% ; 主要裂解階段溫度為249. 14 ~ 332. 13 ℃,失重率約為37. 78% ; 332. 13 ℃ 以后裂解屬于殘渣裂解階段,失重率為26. 73% ,且整理后各階段裂解溫度比未整理的出現均有明顯降低,主要裂解階段更為顯著,由未整理時的279. 17 ~ 390. 31 ℃ 降為整理后的249. 14 ~ 332. 13 ℃,在700 ℃ 時殘渣量由未整理時的17. 67% 提高到整理后的27. 63%。主要是含磷阻燃劑在高溫時分解產生的磷酸、聚偏磷酸對棉纖維具有強烈的催化和脫水作用,促使棉纖維炭化,抑制左旋葡萄糖生成,說明纖維素阻燃屬于凝聚相阻燃機制。
               
          3· 結論
          1) 同浴涂層法復合功能整理后,纖維表面氟元素的相對含量達到12. 17% ; 磷元素的相對含量達到8. 88% ,因而具有較好的拒水拒油和阻燃性能。同時涂層劑以及黏合劑等在織物表面形成膜結構,封閉織物表面紗線組織空隙,纖維表面也有一些固體附著物,具有較高的靜水壓和較佳的染色濕摩擦牢度。
          2) 同浴涂層法復合功能整理后,各階段裂解溫度都比未整理有所降低,主要裂解階段更為顯著,700 ℃時殘渣量明顯提高。
          3) 純棉篷蓋布復合功能涂層整理優化工藝為:涂層漿65 份( 其中涂層劑PU-801 60 份; 阻燃劑PES-M 20 份; 防水劑TG-435 20 份; 阻燃粉20% ( 對涂層漿) ) ; 黏合劑20 份; 加適量水; 涂層量197 g /m2 ; 焙烘溫度160 ℃; 焙烘時間3 min。FZXB
      參考文獻:
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