吳海婷， 蔣小娟， 蔡再生

(1. 東華大學(xué) 化學(xué)化工與生物工程學(xué)院， 上海 201620； 2. 東華大學(xué) 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 201620)

靜電植絨產(chǎn)品以其手感柔軟、色彩艷麗、立體感強(qiáng)等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于家用紡織品、服裝、汽車裝飾材料等領(lǐng)域，市場(chǎng)需求量日益增大。在靜電植絨生產(chǎn)工藝中，黏接基材和絨毛的黏合劑直接影響著靜電植絨產(chǎn)品的牢度、手感、耐候性和植絨效果等性能。

隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，相關(guān)科技工作者開始致力于環(huán)保型黏合劑的開發(fā)及其在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用。通過開發(fā)低溫自交聯(lián)體系[1-3]替代N-羥甲基丙烯酰胺，降低黏合劑的焙烘溫度，同時(shí)解決甲醛釋放的問題；以無烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)乳化劑[4-5]的開發(fā)解決黏合劑廢水中APEO含量過高的問題；通過對(duì)丙烯酸酯乳液的有機(jī)硅改性[6]，改善黏合劑整理后織物的手感。但是靜電植絨領(lǐng)域仍然面臨著高溫能耗、甲醛釋放、產(chǎn)品附加值低等問題，而對(duì)于高性能、環(huán)保型、高附加值靜電植絨黏合劑的研究目前鮮有報(bào)道。

本文采用半連續(xù)核殼乳液聚合法[7-9]，以雙丙酮丙烯酰胺為自交聯(lián)單體、用無APEO陰/非離子乳化劑進(jìn)行復(fù)配，合成低溫烘焙、無甲醛、無APEO硅丙乳液，將阻燃劑與硅丙乳液共混得到環(huán)保阻燃型黏合劑(FR)，并將其應(yīng)用于靜電植絨，對(duì)植絨織物的植絨牢度、硬挺度、手感以及燃燒性能進(jìn)行測(cè)試，并與市售靜電植絨膠進(jìn)行了對(duì)比。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸(AA)、雙丙酮丙烯酰胺(DAAM)、三聚氰胺(MA)、十二烷基硫酸鈉(SDS)，以上均為化學(xué)純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，己二酸二酰肼(ADH，上海阿拉丁生化科技股份有限公司)，乙烯基硅油Andisil VS 200(南通AB特種有機(jī)硅有限公司)，脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9，化學(xué)純，揚(yáng)子石化-巴斯夫有限責(zé)任公司)，過硫酸銨(APS，分析純，上海青析化工科技有限公司)，阻燃劑FR-5(工業(yè)級(jí)，上海楚州化工有限公司)，聚磷酸銨(APP，工業(yè)級(jí)，上海旭森非鹵素消煙阻燃劑有限公司)，氨水(化學(xué)純，上海波爾化學(xué)試劑有限公司)。

純棉織物(經(jīng)緯紗線密度均為18.2 tex，江蘇南通鑫祥紡織有限公司)，錦綸絨毛(1.665 dtex ×0.5 mm，泉州宏鑫工藝品有限公司)。

1.2 儀器及設(shè)備

RW20n型電動(dòng)攪拌器(廣州儀科實(shí)驗(yàn)室技術(shù)有限公司)、HH-S1型恒溫水浴鍋(鄭州長城科工貿(mào)有限公司)、KQ-500DE型數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)、GPC-100KV型靜電植絨小樣機(jī)(廣州白云區(qū)中力電器設(shè)備廠)、MU572C型涂層機(jī)(北京紡織機(jī)械器材研究所)、DGG-9070B型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海森信試實(shí)儀器有限公司)、PL602-S型電子天平(梅特勒-托利多儀器有限公司)、Nu-Martindale 864型耐磨及起毛起球試驗(yàn)儀(英國JAMES H.HEAL 公司)、SHIRLEY型折皺回復(fù)角測(cè)試儀(美國SDL公司)、YG815 A型垂直法織物燃燒性能測(cè)試儀(溫州大榮紡織儀器公司)、Atlas型彎曲長度測(cè)試儀(美國SDL-Atlas公司)。

1.3 靜電植絨黏合劑的合成

1.3.1核殼型硅丙乳液的合成

以DAAM/ADH酮肼為交聯(lián)體系，用SDS/AEO-9陰/非離子乳化劑進(jìn)行復(fù)配，乙烯基硅油作為改性劑，采用半連續(xù)核殼乳液聚合法制備硅丙乳液。按照核殼質(zhì)量比為3∶2先后加入預(yù)乳化后的核層和殼層單體，當(dāng)反應(yīng)體系有明顯藍(lán)光時(shí)，適當(dāng)加快單體滴加速度，單體和引發(fā)劑的滴加時(shí)間約為2 h，聚合溫度為 77～84 ℃，保溫2 h。

1.3.2靜電植絨黏合劑FR的合成

將上述核殼型硅丙乳液添加于250 mL燒杯中，并用IKA rw20型懸臂式攪拌器機(jī)械攪拌，轉(zhuǎn)速控制在800 r/min，以0.2 g/min的速度向燒杯內(nèi)加入一定量的阻燃劑，加料完畢后，繼續(xù)攪拌10 min，待乳液混合均勻，即制得環(huán)保阻燃型硅丙靜電植絨黏合劑FR。

1.4 黏合劑在靜電植絨織物上的應(yīng)用

植絨前黏合劑先經(jīng)氨水調(diào)節(jié)黏度，然后用涂層機(jī)將增稠好的黏合劑均勻涂覆于純棉織物表面，再將涂有黏合劑的試樣固定在靜電植絨小樣機(jī)的噴口下方，采用下降法進(jìn)行植絨，極板間距設(shè)定為 15 cm,植絨電壓為50 kV，植絨時(shí)間為5 s，靜電植絨過程如圖1所示。

圖1 靜電植絨過程Fig.1 Process of electrostatic flocking

1.5 測(cè)試與表征

1.5.1阻燃性能測(cè)試

按照GB/T 5455—2014《紡織品 燃燒性能 垂直方向損毀長度、陰燃和續(xù)燃時(shí)間的測(cè)定》，測(cè)試阻燃性能。

1.5.2植絨牢度測(cè)試

植絨牢度按照GB/T 13775—1992《棉、麻、絹絲機(jī)織物耐磨試驗(yàn)方法》測(cè)試。采用 Nu-Martindale 864 耐磨及起毛起球試驗(yàn)儀測(cè)試，壓力為9 kPa，以試樣露底、條絨斷條或表面完全破壞(GB 250—1995《評(píng)定變色用灰色樣卡》中3級(jí)以下)為實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)。

1.5.3手感測(cè)試

以8人為1組，分別觸摸靜電植絨織物，并進(jìn)行評(píng)級(jí)。將手感分為5級(jí)，未經(jīng)靜電植絨處理的空白棉織物定為1級(jí)，手感最好的定為5級(jí)。

1.5.4摩擦色牢度測(cè)試

按照GB/T 29865—2013《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度 小面積法》測(cè)試耐摩擦色牢度，采用圓形摩擦頭。

1.5.5彎曲長度測(cè)試

織物彎曲長度按照GB/T 7689.4—2013《增強(qiáng)材料 機(jī)織物試驗(yàn)方法 第4部分：彎曲硬挺度的測(cè)定》，采用斜面法。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同阻燃劑對(duì)植絨效果的影響

聚磷酸銨(APP)含磷量大、含氮量高，熱穩(wěn)定性好，在高溫下能與多羥基化合物發(fā)生強(qiáng)烈的酯化反應(yīng)并脫水引發(fā)膨脹過程，促進(jìn)產(chǎn)生不易燃燒的三維炭層結(jié)構(gòu)[10]。三聚氰胺鹽阻燃機(jī)制是生成的含氮惰性氣體稀釋了氣相中的可燃?xì)怏w[11]。阻燃劑FR-5是有機(jī)磷系阻燃劑。兼顧阻燃劑的阻燃效果以及阻燃劑添加量對(duì)黏合劑黏接性能及織物手感的影響，分別探討了聚磷酸銨、聚磷酸銨/三聚氰胺復(fù)配體系、聚磷酸銨/阻燃劑FR-5復(fù)配體系對(duì)植絨效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 不同阻燃劑對(duì)植絨效果的影響Tab.1 Effect of different retardants on electrostatic flocking

由表1可知，相對(duì)于單獨(dú)使用聚磷酸銨和使用聚磷酸銨/三聚氰胺復(fù)配體系，聚磷酸銨與阻燃劑FR-5復(fù)配使用的阻燃效果最好，植絨牢度可達(dá)10 000次以上。主要因?yàn)闊o機(jī)磷系阻燃劑與有機(jī)磷系阻燃劑具有協(xié)同增效作用，同時(shí)APP/FR-5阻燃體系與硅丙乳液的相容性較膨脹阻燃體系更好，因而對(duì)黏合劑的黏接性能影響較小。綜合考慮以上因素，選取聚磷酸銨、阻燃劑FR-5復(fù)配，再與硅丙乳液共混，用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究。

2.2 阻燃劑用量對(duì)植絨效果的影響

將聚磷酸銨與阻燃劑FR-5復(fù)配，再與硅丙乳液共混應(yīng)用于靜電植絨，探討不同阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)植絨效果的影響，結(jié)果見表2。

表2 阻燃劑對(duì)植絨效果的影響Tab.2 Effect of retardant dosage on electrostatic flocking

由表2可知，隨著阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，炭長減小，續(xù)燃時(shí)間和陰燃時(shí)間減少，阻燃效果不斷增強(qiáng)，植絨牢度逐漸下降。當(dāng)阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)35%時(shí)，植絨牢度明顯下降。這主要是因?yàn)橥ㄟ^機(jī)械共混的方式添加的阻燃劑分散于硅丙乳液中，乳液固化成膜后，阻燃劑粒子均勻固著在膠膜分子之間，一定程度上影響了成膜的連續(xù)性，降低了膠膜分子之間的交聯(lián)度，從而直接對(duì)黏合劑的黏接性能產(chǎn)生影響。因而，兼顧靜電植絨牢度和阻燃效果，選取阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%。

2.3 阻燃劑質(zhì)量比對(duì)植絨效果的影響

將聚磷酸銨、阻燃劑FR-5復(fù)配，再與硅丙乳液共混應(yīng)用于靜電植絨，固定復(fù)配阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，探討阻燃劑的質(zhì)量比對(duì)植絨效果的影響，結(jié)果見表3。

表3 阻燃劑質(zhì)量比對(duì)植絨效果的影響Tab.3 Effect of retardant ratio on electrostatic flocking

由表3可知：復(fù)配阻燃劑體系中，隨著聚磷酸銨用量的增加和阻燃劑FR-5用量的減少，靜電植絨牢度逐漸降低，植絨織物阻燃性能增強(qiáng)；當(dāng)APP與FR-5的質(zhì)量比大于1∶2后，靜電植絨牢度和織物阻燃性能均明顯下降。聚磷酸銨的含磷量和含氮量較高，且存在磷氮協(xié)同效應(yīng)，因此，隨著其含量的增加，阻燃性能增強(qiáng)；但是聚磷酸銨是無機(jī)組分，與硅丙乳液共混時(shí)，其粉末均勻懸浮于乳液中，當(dāng)其用量過高后會(huì)影響乳液的分散性和乳膠膜成膜連續(xù)性，從而影響植絨牢度。當(dāng)阻燃劑FR-5的用量過少時(shí)，有機(jī)無機(jī)協(xié)同效應(yīng)降低，使織物的阻燃性能明顯下降。綜合考慮以上因素，選取復(fù)合阻燃劑APP與FR-5的質(zhì)量比為1∶3。

2.4 協(xié)效劑用量對(duì)植絨效果的影響

按聚磷酸銨與阻燃劑FR-5質(zhì)量比為1∶3復(fù)配，添加量為30%，在阻燃體系中添加一定量O-蒙脫土作為協(xié)效劑，考察O-蒙脫土質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)植絨效果的影響，結(jié)果如表4所示。

由表4可知：隨著O-蒙脫土添加量的增加，植絨牢度逐漸降低，織物阻燃性能不斷增強(qiáng)；當(dāng)O-蒙脫土的添加量高于10%后，植絨牢度明顯下降，炭長、續(xù)燃時(shí)間和陰燃時(shí)間也開始增加，織物阻燃性能降低。本文實(shí)驗(yàn)中采用的O-蒙脫土是層狀的硅酸鹽礦物質(zhì)，其顆粒能夠分散成細(xì)小晶層，與無機(jī)阻燃劑協(xié)效隔熱。當(dāng)O-蒙脫土用量過高時(shí)，其在共混體系中的分散性降低，一些粒子出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，降低了粒子和共混體系的相容性，影響了材料的力學(xué)性能，導(dǎo)致植絨牢度降低；而烘干后膠膜中的連續(xù)片層斷開，硅保護(hù)層的屏蔽作用受到限制，隔熱效果下降，協(xié)效作用減小，織物阻燃性能降低。綜合考慮以上因素，選取有機(jī)改性O(shè)-蒙脫土添加量為10%。

表4 協(xié)效劑用量對(duì)植絨效果的影響Tab.4 Effect of synergist dosage on electrostatic flocking

2.5 上膠量對(duì)植絨效果的影響

上膠量是每平方米基布上所用的黏合劑質(zhì)量。固定APP/FR-5的質(zhì)量比為1∶3，添加量為30%，協(xié)效劑蒙脫土添加量為10%，探討上膠量對(duì)植絨效果的影響，結(jié)果如表5所示。

表5 上膠量對(duì)植絨效果的影響Tab.5 Effect of adhesive dosage on electrostatic flocking

由表5可知：當(dāng)上膠量為250 g/m2時(shí)，靜電植絨織物獲得了較高的植絨牢度、手感和阻燃效果；當(dāng)上膠量超過250 g/m2后，織物的柔軟度受到影響，阻燃效果也有所降低；當(dāng)上膠量過多時(shí)，大量植絨黏合劑無法滲透到基材中，堆積在織物表面，過多的黏合劑固化成膜后，使得織物硬挺度增大，手感變差，阻燃效果降低。綜合考慮以上因素，選取上膠量為250 g/m2。

2.6 焙烘時(shí)間對(duì)植絨效果的影響

保持其他工藝條件不變，探討焙烘時(shí)間對(duì)植絨效果的影響，結(jié)果如表6所示。由表可知：隨著焙烘時(shí)間增加，植絨織物的植絨牢度和摩擦牢度均增強(qiáng)；當(dāng)焙烘時(shí)間超過4 min后，植絨織物的彎曲長度明顯增加，柔軟度下降。在本文實(shí)驗(yàn)體系中，常溫貯存時(shí)乳液保持中性或弱堿性，DAAM中的酮羰基不與ADH中的酰肼基反應(yīng)，焙烘過程中隨著氨的揮發(fā)，體系pH值降低，酮羰基與酰肼基在酸性條件下發(fā)生脫水縮合反應(yīng)[12]。焙烘時(shí)間達(dá)到4 min后，脫水反應(yīng)基本完全，膠膜充分交聯(lián)。繼續(xù)增加焙烘時(shí)間，對(duì)于植絨牢度和摩擦牢度的提升不再明顯，反而會(huì)影響織物的手感和柔軟度。綜合考慮以上因素，最終選取焙烘時(shí)間為4 min。

表6 焙烘時(shí)間對(duì)植絨效果的影響Tab.6 Effect of curing time on electrostatic flocking

2.7 焙烘溫度對(duì)植絨效果的影響

保持其他工藝條件不變，探討焙烘溫度對(duì)植絨效果的影響，結(jié)果如表7所示。

表7 焙烘溫度對(duì)植絨效果的影響Tab.7 Effect of curing temperature on electrostatic flocking

由表7可知：隨著焙烘溫度升高，植絨織物的柔軟度下降，植絨牢度和耐磨性增強(qiáng)；當(dāng)焙烘溫度為120 ℃時(shí)，織物具有較好的柔軟度和植絨牢度，摩擦牢度也可以達(dá)到3～4級(jí)；焙烘溫度過高，涂膜烘干過快，膠層易起泡且發(fā)黃，影響植絨平整度和手感，對(duì)植絨牢度的提升作用不大，反而增加能耗。綜合考慮以上因素，最終選取焙烘溫度為120 ℃。

2.8 靜電植絨黏合劑FR的應(yīng)用性能

在相同植絨工藝條件下，將自制靜電植絨黏合劑FR與市售植絨黏合劑產(chǎn)品A、B的應(yīng)用性能進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表8。

表8 不同植絨黏合劑應(yīng)用性能比較Tab.8 Applied properties of flocking adhesives

由表8可知，經(jīng)靜電植絨黏合劑FR處理的植絨織物其植絨牢度、手感、硬挺度測(cè)試都達(dá)到 FZ/T 64011—2012《靜電植絨織物》服用產(chǎn)品一等品以上，有效地解決了手感和牢度的矛盾，織物的手感、植絨牢度與市售的靜電植絨膠相當(dāng)，硬挺度優(yōu)于市售產(chǎn)品，而其炭長遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于市售產(chǎn)品，這說明自制的靜電植絨膠FR具有良好的阻燃性能。

3 結(jié) 論

1)采用半連續(xù)法制備核殼硅丙乳液，將聚磷酸銨與阻燃劑FR-5按照質(zhì)量比1∶3復(fù)配，阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，協(xié)效劑O-蒙脫土添加量為10%，與硅丙乳液共混制得環(huán)保阻燃型硅丙靜電植絨黏合劑FR。

2)將制備的環(huán)保阻燃型硅丙靜電植絨黏合劑FR應(yīng)用于靜電植絨織物，上膠量為250 g/m2，焙烘溫度為120 ℃，焙烘時(shí)間為4 min，植絨牢度可達(dá) 10 397次，彎曲長度僅為1.71 cm，手感柔軟，炭長為8.3 cm，無甲醛釋放，無APEO，可實(shí)現(xiàn)低溫烘焙，各項(xiàng)性能優(yōu)于市售靜電植絨黏合劑，同時(shí)具有良好的阻燃性能。

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