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)

隨著篷蓋布應用范圍不斷擴大，傳統(tǒng)功能單一的篷蓋布難以滿足軍用、產業(yè)用、民用等使用要求，篷蓋布的發(fā)展趨向于多功能性。涂層法是實現(xiàn)紡織品多功能的重要方法，多功能化［1］、智能化［2］、綠色環(huán)?；羌徔椘吠繉诱恚?-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(huán)保、節(jié)能減排的關注，傳統(tǒng)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(zhàn)，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(jié)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(jīng)緯紗線密度均為27.8 tex×2，經(jīng)緯密為232根/10cm×200根/10cm(蕪湖強力紡織品有限公司)。

無光涂層劑PU-801(工業(yè)品，遼寧恒星精細化工有限公司);阻燃劑 PES-M、阻燃粉 PD(工業(yè)品，杭州伊聯(lián)化工有限公司);TG-435(工業(yè)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?jié)裥阅茉囼瀮x(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(fā)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。

表1 涂層漿組分設計Tab.1 Composition design of coating slurry

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≤15cm，續(xù)燃時間≤5 s，陰燃時間≤5 s。B2級：損毀炭長≤20cm，續(xù)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?jié)裥詼y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?jié)B水性測定 靜水壓試驗》進行測試。

1.4.4 織物表面形態(tài)表征和表面元素分析

采用日本日立公司的S-4800型冷場發(fā)射掃描電鏡對織物形態(tài)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。可看出，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(xiàn)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。

表2 涂層漿組分對拒水拒油、染色效果的影響Tab.2 Influence of composition of coating slurry on effect of water-and oil-repellence and dyeing

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(lián)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197g/m2較為合適。

表4 涂層量對拒水拒油、染色性能的影響Tab.4 Influence of coating quantity on effect of water-and oil-repellent finishing and dyeing

表5 涂層量對阻燃性能的影響Tab.5 Influence of coating quantity on effect of flame retardant finishing

綜上，純棉篷蓋布復合功能涂層整理優(yōu)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197g/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(tài)

圖1 示出純棉篷蓋布復合功能涂層前后的SEM照片?？梢钥吹剑c未處理棉纖維相比，經(jīng)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(lián)，在織物表面形成網(wǎng)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。

圖1 純棉蓬蓋布SEM照片F(xiàn)ig.1 SEM images of cotton canvas.(a)Original sample;(b)Composite coating sample

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。可以看出，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%。織物拒水拒油性能好壞取決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。

表6 純棉篷蓋布表面元素Tab.6 Surface elements of cotton canvas

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(xiàn)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。

圖2 純棉篷蓋布TGA熱譜圖Fig.2 TGA of cotton canvas

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(yōu)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197g/m2;焙烘溫度160℃;焙烘時間3 min。

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