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纯棉篷盖布涂料染色拒水拒油阻燃复合涂层

????????????????????? 纯棉篷盖布涂料染色拒水拒油阻燃复合涂层
???????????????????????????????????? 张广知,黄小华
????????(?安徽工程大学安徽省纺织面料重点实验室,安徽?芜湖?241000)
????摘要:采用同浴涂层法对纯棉篷盖布进行涂料染色、拒水拒油整理、阻燃整理等复合功能加工,讨论了涂层配方和涂层量等对复合功能涂层效果的影响。并采用扫描电子显微镜(?SEM)?、X?射线能谱分析(?XPS)?、热分析(?TG)?等表征了纤维表面形态、表面元素以及热性能。结果表明,经过同浴复合功能涂层后,篷盖布拒水拒油效果达到4?级以上,耐水压可达18.?0?kPa?以上,阻燃效果可达B1?级,涂料染色湿摩擦牢度达到4?级;?纤维上氟和磷的含量明显增加,复合功能涂层后,同样存在3?个裂解阶段,但各阶段裂解温度明显降低,且主要裂解阶段更为明显,残渣量明显提高。
????关键词:纯棉篷盖布;?复合功能涂层;?X?射线能谱分析;?热分析
????中图分类号:?TS?195.?5?文献标志码:?A
????文章编号:?0253-9721(?2013)?02-0125-05
????随着篷盖布应用范围不断扩大,传统功能单一的篷盖布难以满足军用、产业用、民用等使用要求,篷盖布的发展趋向于多功能性。涂层法是实现纺织品多功能的重要方法,多功能化[1]、智能化[2]、绿色环保化是纺织品涂层整理[3?-?5]研究的热门课题。徐旭凡[4]采用转移涂层法,在聚氨酯涂层浆中加入壳聚糖,制得了具有防水透湿、抗菌效果的多功能织物。马晓光等[6]以T?/C?高强平纹织物为基布,采用改性的聚丙烯酸酯TP?为涂层整理剂,制得具有阻燃、防水透湿、拒油、耐化学腐蚀、耐老化、防近红外探测等多种功能的涂层织物。张健飞等[7]?在聚氨酯涂层剂中加入阻燃剂对涤纶基布进行涂层整理,制得具有防水透湿和阻燃效果的多功能涂层织物。郑今欢等[8]结合抗紫外线屏蔽剂,采用多种涂层剂对纯棉漂白布和尼丝纺织物进行涂层加工,制成了具有防水透湿和良好紫外线防护性能的多功能涂层织物。而结合涂料染色的同浴复合功能涂层整理研究未见文献报道。
????另外,随着全球对环保、节能减排的关注,传统的“先染料染色再单一防水整理”分步生产技术受到了严重的挑战,本文采用同浴涂层法对纯棉篷盖布进行涂料染色、拒水拒油整理、阻燃整理等复合多功能加工,大大缩短生产工序,节约用水,降低能耗,减少污水排放,具有较好的实用价值。
????1?·实验部分
????1.?1?实验材料与试剂
????纯棉篷盖布,经纬纱线密度均为27.?8?tex?×?2,经纬密为232?根/?10?cm?×?200?根/?10?cm(?芜湖强力纺织品有限公司)?。
????无光涂层剂PU-801?(?工业品,辽宁恒星精细化工有限公司)?;?阻燃剂PES-M、阻燃粉PD(?工业品,杭州伊联化工有限公司)?;?TG-435?(?工业品,上海大金)?;?水性聚氨酯黏合剂(?自制)?。
????1.?2?实验仪器与设备
????MATHISLTF?型涂层机(?瑞士)?,JMU?型针板拉幅热定型机(?北京纺织机械器材研究所)?,M214?型表面抗湿性能试验仪(?山东省纺织仪器有限公司)?,YG815A?型织物阻燃性能测试仪、YG812D?型织物渗水性测定仪(?温州方圆仪器有限公司)?,S-4800?型冷场发射扫描电子显微镜及附件X-射线能谱分析仪(?日本日立)?,DTG-60H?热重分析仪(?日本岛津)?,YG815?垂直法织物燃烧性能测试仪。
????1.?3?同浴涂层法复合功能整理工艺
????涂层配方:?涂层浆65?份,涂料(?自配军绿色)8?份,自制黏合剂20?份,加水适量合成100?份。工艺流程:?篷盖布半制品→?涂层→?烘干(?100?℃)?→?涂层→?烘干(?100?℃)?→?焙烘(?160?℃?/3?min)?→?测试。
????涂层浆组成:?主要由涂层剂PU-801、阻燃剂PES-M、阻燃粉PD、防水剂等组成,设计5?种组分不同的涂层浆,见表1。
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????1.?4?测试方法
????1.?4.?1?阻燃性能测试
????参照GB?/T?5455—1997《纺织品燃烧性能试验垂直法》进行测试。
????参照GB?/T?17591—2006《阻燃机织物》的阻燃性能指标进行评价。B1?级:?损毁炭长≤15?cm,续燃时间≤5?s,阴燃时间≤5?s。B2?级:?损毁炭长≤20?cm,续燃时间≤15?s,阴燃时间≤10?s。
????1.?4.?2?拒水拒油性能测试
????在M214?型织物沾水仪上进行拒水柜油性能测试,参照GB?/T?4745—1997《纺织织物表面抗湿性测定沾水试验》进行评级(?拒油性能测试模仿拒水性能测试方法,以植物油代替去离子水)?。
????1.?4.?3?静水压测试
????在YG812D?型织物静水渗水性测定仪上,按GB?/T?4744—1997《纺织织物抗渗水性测定静水压试验》进行测试。
????1.?4.?4?织物表面形态表征和表面元素分析
????采用日本日立公司的S-4800?型冷场发射扫描电镜对织物形态进行扫描,并采用能谱附件对纤维表面成分进行分析。
????1.?4.?5?热重分析
????热重分析在日本岛津公司的DTG-60H?热重分析仪上测试。测试条件:?氮气气氛,气流为40?mL?/min,升温速度为10?℃?/min,温度范围为40?~?700?℃,样品质量为1?~?5?mg。
????2?·结果与讨论
????2.?1?涂层浆组分对复合涂层效果的影响
????表2、3?示出不同组分涂层浆对涂层效果的影响。可看出,不同组分涂层浆对织物的防水性能和阻燃性能影响较大,而对染色性能没有明显影响,随着涂层浆中水性聚氨酯涂层剂用量的增加,拒水拒油整理剂和阻燃整理剂用量的减少,织物耐静水压越来越好,但织物的拒水拒油指标和阻燃指标都出现了不同程度下降,因为水性聚氨酯成膜性能较好,封闭织物的空隙,因而耐水压会升高,但随着其用量增加,织物上含氟、含磷量的绝对值会有所降低,导致拒水拒油性能和阻燃性能下降。综合考虑,选择3?号组分较为合适。?
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????2.?2?涂层量对复合涂层效果的影响
????表4、5?示出涂层量对涂层效果的影响。可以看出,涂层量大小明显影响涂层织物耐水压、阻燃性能和拒油性,而对拒水性能、染色性能几乎无影响。随着涂层量增大,织物耐水压也增大,主要是由于涂层量增大,织物表面形成的膜厚度和交联程度增大,抗水渗透性能增强,所以织物耐水压增大;?随着涂层量增大,织物表面含磷量、含氟量的绝对值也会随着增大,因而阻燃性能、拒油性能都有所提高。综合考虑,选用涂层量为197?g?/m2?较为合适。
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????综上,纯棉篷盖布复合功能涂层整理优化工艺为:?涂层浆65?份(?其中涂层剂PU-801?60?份;?阻燃剂PES-M?20?份;?防水剂TG-435?20?份;?阻燃粉20%?(?对涂层浆)?)?;?自制黏合剂20?份;?加适量水;?涂层量197?g?/m2?;?焙烘温度160?℃;?焙烘时间3?min。
????2.?3?同浴复合功能涂层织物表面形态
????图1?示出纯棉篷盖布复合功能涂层前后的SEM照片。可以看到,与未处理棉纤维相比,经过复合功能涂层后,纯棉篷盖布表面覆盖了一层薄膜,同时可以看到有一些微粒附着(?可能为阻燃粉)?,纤维之间存在一些相互黏连,这说明阻燃剂、拒水拒油整理剂、黏合剂等和纤维素之间可能形成了共价交联,在织物表面形成网状结构的薄膜包覆在纤维表面,封闭织物组织点之间的空隙,表面光滑性略有提高。
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????2.?4?同浴复合功能涂层织物表面元素分析
????表6?示出采用扫描电镜的能谱附件(?XPS)?对纯棉篷盖布涂层前后表面元素分析的结果。可以看出,同浴涂层法复合功能加工后,纤维表面氟元素的相对含量达到12.?17%?,而纤维表面磷元素的相对含量达到8.?88%。织物拒水拒油性能好坏取决于其表面拒水拒油整理剂含量,即纤维上氟含量,纤维表面氟含量的多少,也反映了纤维上总的氟含量的多少[9];?同样,阻燃性能好坏取决于织物表面阻燃整理剂含量,即取决于纤维上磷含量,纤维表面磷含量的多少,也反映了纤维上总的磷含量的多少[10]。因此,涂层法复合功能整理后,织物上含有一定量的氟、磷,因此织物拒水拒油效果均达4?级以上,静水压达到18.?0?kPa以上,阻燃效果都达国标B1?级。
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????2.?5?同浴复合功能涂层热重分析
????图2?示出复合功能涂层前后织物的TGA?热谱图。由图可知,同浴涂层法复合功能加工前后棉织物热裂解都存在3?个裂解阶段:?初始裂解、主要裂解和残渣裂解阶段[11]。复合功能涂层后,初始裂解阶段温度为40?~?249.?14?℃,失重率约为7.?86%?;?主要裂解阶段温度为249.?14?~?332.?13?℃,失重率约为37.?78%?;?332.?13?℃?以后裂解属于残渣裂解阶段,失重率为26.?73%?,且整理后各阶段裂解温度比未整理的出现均有明显降低,主要裂解阶段更为显着,由未整理时的279.?17?~?390.?31?℃?降为整理后的249.?14?~?332.?13?℃,在700?℃?时残渣量由未整理时的17.?67%?提高到整理后的27.?63%。主要是含磷阻燃剂在高温时分解产生的磷酸、聚偏磷酸对棉纤维具有强烈的催化和脱水作用,促使棉纤维炭化,抑制左旋葡萄糖生成,说明纤维素阻燃属于凝聚相阻燃机制。
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????3·?结论
????1)?同浴涂层法复合功能整理后,纤维表面氟元素的相对含量达到12.?17%?;?磷元素的相对含量达到8.?88%?,因而具有较好的拒水拒油和阻燃性能。同时涂层剂以及黏合剂等在织物表面形成膜结构,封闭织物表面纱线组织空隙,纤维表面也有一些固体附着物,具有较高的静水压和较佳的染色湿摩擦牢度。
????2)?同浴涂层法复合功能整理后,各阶段裂解温度都比未整理有所降低,主要裂解阶段更为显着,700?℃时残渣量明显提高。
????3)?纯棉篷盖布复合功能涂层整理优化工艺为:涂层浆65?份(?其中涂层剂PU-801?60?份;?阻燃剂PES-M?20?份;?防水剂TG-435?20?份;?阻燃粉20%?(?对涂层浆)?)?;?黏合剂20?份;?加适量水;?涂层量197?g?/m2?;?焙烘温度160?℃;?焙烘时间3?min。FZXB
参考文献:
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