第十三章纺织品涂层整理.

第十三章纺织品涂层整理第一节绪言涂层整理：指在织物表面均匀地涂敷一层或多层高分子成膜物，使其产生不同功能的一种表面加工技术。织物涂层加工的主要目的：(1)改变织物外观如珠光效果、反光效果、双面双色效果、皮革外观效果、光泽效果等。(2)改变织物风格如柔软丰满的手感、硬挺及高弹回复性等。(3)增加织物功能防水、防油、防酸、防碱、防辐射、防紫外和远红外辐射等功能。涂层产品的应用领域(1)服装风雨衣、羽绒服、劳防服等。(2)产业用布篷盖布、土工布、遮阳布、送风管道、汽车用布等。(3)装饰用布贴墙材料、铺地材料、椅子及沙发面料、遮光窗帘等。涂层剂的主要类型（1）聚氯乙烯树脂（包括糊树脂和悬浮树脂）（2）聚丙烯酸酯涂层剂（溶剂型、水分散型、超微乳液型等）（3）聚氨酯涂层剂（溶剂型、水分散型）（4）天然橡胶和合成橡胶涂层剂等第二节主要涂层剂的合成原理及其性能一、聚氯乙烯涂层剂及添加剂1、氯乙烯乳液聚合乳液聚合法得到的糊树脂，特别适用于直接涂层加工。由于粒径小（02～3μm），在常温下加增塑剂即可方便地混合成糊。然后采取浸渍、涂刮法生产人造革等涂层织物。用PVC树脂进行涂层或制造人造革时，要添加多种助剂。主要有增塑剂、稳定剂、润滑剂、填料、着色剂等。2、增塑剂增塑剂大多是难挥发的高沸点液体有机化合物，有少数是低熔点的固体。常用的有羧酸脂和磷酸脂。增塑剂的增塑原理：增塑剂分子借助和PVC极性分子间的偶极力作用而进入PVC大分子间，并通过三种方式削弱大分子间作用力：(1)隔离作用：增塑剂分子介于大分子之间，增大其间的距离，从而削弱大分子间的作用力。(2)屏蔽作用：增塑剂分子的非极性部分遮蔽聚合物大分子的极性基，使相邻聚合物分子的极性基不发生作用。(3)偶合作用：增塑剂的极性基团与聚合物分子的极性基偶合，破坏原来聚合物分子间的极性联结，从而削弱其作用力。增塑剂的加入可使PVC分子链之间的相对运动变得容易，树脂的熔融流动温度、玻璃化温度，熔体粘度、脆性、硬度、拉伸强度、弹性模量都降低，而制品的柔韧性增加，抗冲击强度和断裂伸长增大，耐寒性提高。3、稳定剂能阻止或抑制树脂因受热、光、氧、细菌等而引起变质的物质称为稳定剂。PVC分子中存在许多结构上的缺陷，如双键、支化点、残存的引发剂端基、含氧结构等，这些薄弱点经热和光的活化很容易形成自由基，在自由基的引发下，PVC大分子按链式机理脱HCl降解。连续脱HCl反应，使PVC大分子主链上产生共轭双键的多烯序列，当共轭双键的数目达5～7个时，PVC即开始变色，超过10个，即变为黄色。随HCl的不断脱出，共轭序列不断加长，颜色不断加深，最后成棕色、黑色。此外，多烯链段的化学稳定性很低，会发生聚烯烃的氧化而使分子链断裂降解。1）热稳定剂(1)热稳定剂的稳定作用机理①吸收HCl，抑制其自动催化作用；②取代PVC大分子中不稳定的叔碳氯原子和烯丙基氯原子，抑制脱HCl反应；③与多烯结构发生加成反应，破坏大共轭体系的形成和变色；④捕捉自由基，阻止氧化反应等；(2)热稳定剂的种类①金属皂类热稳定剂属于此类热稳定剂有硬脂酸的钙、钡、镁、锂、锌、铝、锶、钴、锡和钠盐，月桂酸的钡、钙、锌、镉盐等，还有蓖麻醇酸的钡、镉、锶盐等。金属皂类稳定剂，既能中和HCl，又可置换PVC分子链上的不稳定氯原子，又由于含长脂肪链，故是一种兼具润滑作用的热稳定剂。这类热稳定剂多是无毒或是低毒的。②盐基性铅盐类热稳定剂常用的三盐基硫酸铅和二盐基亚磷酸铅，结构式分别为：3PbO·PbSO4·H2O；2PbO·PbHPO4·1／2H2O；这类热稳定剂的主要作用是结合脱出的HCl，其稳定性好，价廉，故广泛使用。③有机锡类热稳定剂这类热稳定剂与金属皂类一样，既能与HCl结合，又能与不稳定氯原子作用，还能与多烯结构进行反应，故热稳定效果很高。虽然价格较贵，但用量很少，可单独使用。如：二月桂酸二丁基锡（简写为DBTL）马来酸二丁基锡（简写为DBTM）2）光稳定剂太阳光对塑料等高分子材料的光老化作用主要起因于其所含的紫外光。在正常情况下，290～400nm波长的紫外线仅占大地日光总量的5%，然而正是这为数不多的紫外辐射却对聚合物有着巨大的破坏作用，成为现代聚合物光稳定性中的主要问题。(1)光老化现象聚合物的光老化，是紫外线和氧参与下的一系列复杂反应的结果，因此这一过程，又称为光氧化或氧化光分解。(2)光稳定剂的作用机理光稳定剂可分为光屏蔽剂、紫外线吸收剂、猝灭剂和自由基捕获剂。这4种稳定剂可构成渐次深入的四道防线。①光屏蔽剂又称遮光剂，是一种能够吸收或反射紫外线的物质。这是光辐射和聚合物间的第一道屏障。具有这种功能的主要有：炭黑、二氧化钛、氧化锌等。②紫外线吸收剂该类稳定剂能够强烈地吸收紫外光，并将其能量转变成无害的热能放出。这构成了光稳定化中的第二道防线。具有紫外光吸收作用的物质按化学结构式可分为：ａ.水杨酸类ｂ.二苯甲酮类产量最大、应用最广的一类紫外线吸收剂；ｃ.苯并三唑类苯并三唑类紫外光吸收剂为瑞士汽巴精化公司首创，稳定效能高。目前销售仅次于二苯甲酮类。③猝灭剂又称减活剂。此为光稳定作用的第三道防线。即未被屏蔽和吸收的紫外光，当被聚合物吸收使聚合物处于不稳定的“激发状态”时，为防止其进一步分解产生活性自由基，猝灭剂能从受激聚合物分子上将激发能消除，使之返回低能状态。④自由基捕获剂这类光稳定剂特别适用于聚烯烃、聚苯乙烯、聚氨酯等高分子材料，其稳定效果比紫外线吸收剂高数倍。其为光稳定化的第四道防线。稳定机理：认为是吸收光氧化作用中产生的聚合物活性自由基，以阻止链式氧化反应的蔓延。这类光稳定剂为哌啶衍生物。二、聚丙烯酸酯涂层剂聚丙烯酸酯类涂层剂，由于其综合性能较好，价格低廉，原材料易得，是近30多年来使用最普遍的涂层剂品种之一。有机溶剂型涂层剂：是聚丙烯酸酯的甲苯溶液。由于含有约80％的甲苯溶剂，故称溶剂型涂层剂。其为大分子真溶液，故其成膜性好，皮膜光滑柔软，易于烘干，因此在很长时间里，使用量大。但正是由于其含有大量甲苯溶剂，因此易燃、易爆，污染环境，使其有逐渐被水分散型涂层剂取代的趋势。水分散型聚丙烯酸酯类涂层剂：主要特点是以水为分散介质。因而避免了溶剂型涂层剂易燃、易爆及污染环境的弊端。近10多年来逐渐发展起来。水分散型涂层剂又可分为普通型、高固含量型和超微粒子乳液型等几种。1、溶剂型聚丙烯酸酯涂层剂溶剂型聚丙烯酸酯涂层剂的合成，一般采用悬浮聚合法。在制备聚丙烯酸酯时，常用的单体有丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯腈等。通常是选用其中的数只单体进行共聚合。上述乙烯类单体一般是自由基聚合。因此，除单体外，还要有引发剂的参与。悬浮聚合要求用油溶性引发剂，常用的有：偶氮二异丁腈（AIBN）过氧化二苯甲酰（BPO）溶剂型聚丙烯酸酯涂层剂的主要指标：外观淡棕色至棕色黏稠液固含量20％±1％粘度5000～6000ｍPａ·ｓ（NDJ—79粘度计，30℃）2、水分散型聚丙烯酸酯涂层剂水分散型聚丙烯酸酯涂层剂的制备，采用乳液聚合法。乳液聚合体系主要由单体、水溶性引发剂（常用过硫酸铵、过硫酸钾）、乳化剂和水四种基本成分组成。水分散型聚丙烯酸酯涂层剂的主要指标普通型高固含量型外观白色乳状液白色乳状液固含量40％±2％50％～60％粘度＜30ｍPａ·ｓ＜30ｍPａ·ｓpH值4～54～53、聚丙烯酸酯超微粒子乳液涂层剂一般超微粒子乳液，其分散相颗粒平均粒径在50ｎｍ±10nm范围内，外观为透明或半透明的胶体分散液。由于瑞利(Rayleigh)散射，其反射光呈青白色，透过光呈黄红色。由于其粒径在50nm左右，其最低成膜温度（MFT）约为16～17℃。在室温下即可干燥成膜，皮膜光洁滑爽，可与溶剂型涂层剂媲美，但无甲苯污染和易燃、易爆问题；具有水分散涂层剂的安全、无污染性，而又有水分散型涂层剂不可比拟的成膜性和光洁滑爽性，又避免了普通水乳型由于乳化剂存在而引起的诸多弊端。超微粒子乳液涂层剂主要指标：外观半透明黏液粘度3000ｍPａ·ｓ±200ｍPａ·ｓpH值8～9三、聚氨酯涂层剂聚氨酯全名为聚氨基甲酸酯（Polyurethane，简称PU胶），聚合物主链上有重复出现的氨基甲酸酯基团：－ＮＨ－ＣＯＯ－聚氨酯是发展得较晚而性能较优异的一种合成高分子材料。具有优良的耐磨、耐油、耐寒、耐化学、耐射线等性能。在织物涂层上的应用，主要有溶剂型PU和水分散型PU两种。1、聚氨酯涂层剂合成原理聚氨酯弹性体的合成，一般先由聚多元醇与多异氰酸酯聚合，制得较低分子量的预聚物，然后将预聚物与二元醇或二元胺等反应，经扩链和交联而制得的弹性体。所以其过程可分为预聚反应、预聚物扩链反应和聚合物交联反应三个步骤。四、其它涂层剂1、丁腈橡胶采用不同比例的丁二烯与丙烯腈，可以得到一系列性能不同的共聚体。丁腈橡胶有优良的防水和抗油性。其涂层织物适合于制作油田、炼油厂、加油站等场所的劳动防护服装。丙烯腈含量一般为：25%2、氯丁橡胶由二氯1，3-丁二烯聚合而成，由杜邦公司首先合成，并以Neoprene商品名称行销市场。已形成完整的系列产品。该材料具有优良的抗油脂、耐汽油、耐酸碱及耐气候、耐磨损、耐挠曲性能。3、氯磺酸化聚合物聚乙烯塑料(商品名称为Hypalon)4、硅橡胶硅橡胶是一种直链状的高分子聚有机硅烷，相对分子质量一般在148000以上。第三节涂层方法一、直接干法涂层干法涂层的基本特点是直接涂刮、烘干成形、焙烘交联。溶剂型聚丙烯酸酯涂层浆的配方大致如下：溶剂胶100份交联剂5～10份稀释剂6～7份添加剂适量水分散型聚丙烯酸酯涂层浆的配方大致如下：水性胶100份交联剂5～10份氨水调pH值8～9增稠剂5～10份添加剂适量烘干温度一般是90～95℃，也有120～130℃的。焙烘温度溶剂胶在140℃以上，水性胶160℃以上。二、湿凝固法涂层（简称湿法涂层）1、底布和涂层浆配制2、浸涂和凝固过程3、湿法涂层产品PU湿法涂层产品分为人造麂皮和光面革两类。三、转移涂层转移涂层是先将一层涂层剂涂在离型纸或不锈钢带载体上，形成均匀、连续的薄膜，然后于薄膜上涂上粘结剂，经叠合辊与织物叠合，经烘干、固化，最后将载体剥离，涂层膜（包括粘结层）就转移到织物上。四、层压法涂层层压织物就是将织物与高聚物薄膜以及其他软片材料粘结在一起，形成兼有多种功能的复合体。故层压织物又称复合织物、贴合织物、叠层织物等。第四节功能涂层织物采用不同的高分子材料作涂层剂，或在涂层剂中混入不同的功能性添加剂，可以方便地制得功能性涂层织物。一、防水透湿涂层织物涂层织物作为服装面料，在不同程度上能抵御雨水和寒风的侵入，保护肌体。二、红外辐射涂层织物红外光具有明显的热效应，当辐射至人体表皮并且穿透至皮下组织后，遂引起一系列生理效应，如可激活生物大分子的活性，促进、改善局部和全身的血液微循环，增强新陈代谢，提高免疫功能，以及消炎、消肿、镇痛等，因而对人体产生保健和理疗作用。能够在人体体温下发射3～16μm远红外线的物质，有Al、Mg、Ca、Cr、Ni、Fe、Zr、Ti、Si等的氧化物和碳化物。若精心筛选、混配、烧结、粉碎、分档，可制得在体温下其红外线发射率高达90%的红外陶瓷粉。三、防紫外线涂层织物过度照射紫外线会对人体造成伤害。紫外线波长范围在180～400nm，又可分为：紫外线A(320～400nm)紫外线B(290～320nm)紫外线C(180～290nm)其中紫外线C在通过大气层（主要是臭氧层）后，被散射和吸收，不能到达地面。因此对人体造成伤害的是紫外线B和A，尤其是穿透力较强的紫外线A。紫外线的过度照射，不但会引起皮肤变黑、干皱、老化、红肿，而且会导致脱氧核糖核酸(DNA)损伤，影响和失去修复功能，使皮肤癌变。防紫外线涂层织物通常是将紫外线屏蔽剂和紫外线吸收剂两种材料按适当比例混进涂层剂中，进行单层或多层涂层而制得。四、防酸、防碱涂层织物化工行业职工经常接触酸、碱等强腐蚀性物质，一旦发生意外就会引起严重伤亡事故。以前一般采用耐酸橡胶或PVC压延涂层布做成的防酸、碱服装，但此类织物不透气，穿着闷热不适。采用聚丙烯酸酯共混改性技术和