辐射固化有机硅涂层织物的研究

周晓洁 吴海燕 王晓广

(武汉纺织大学纺织科学与工程学院，武汉，430200)

织物的涂层整理是近年来发展起来的一种高速、有效的纺织品加工技术。涂层整理的主要目的是改变织物的外观和风格，使织物增加许多新的功能，如防水、透气、透湿、防污、阻燃等，使织物的用途大为拓宽，并提高产品的附加价值［1］。涂层织物的种类众多，其中有机硅涂层织物由于具有良好的拒水性、耐热性好、耐气候性好、力学性能优良、无毒等众多优点，备受亲睐［2］。但由于有机硅黏合性较差，很难用传统的热烘方式对其进行很好的固化，且其热固化成本很高［3］。近年来，由于辐射固化技术具有固化速度快、污染少、节能、固化产物性能优异等优点，是一种环境友好的绿色技术，广泛运用于各个领域［4-8］。热固化为目前我国织物涂层固化的唯一方式，近年在国外已出现辐射固化织物涂层技术，但处于严格保密状态，我国辐射固化织物涂层技术仍处于研究阶段，迄今几乎没有一台电子加速器用于实际生产［9-11］。本文采用乙烯基硅油对织物进行涂层整理，并利用辐射固化方式对涂层进行固化，对整理前后织物的性能，如外观形态、抗渗水压力、透气性、透湿性、表面张力等进行测试分析。

1 试验部分

1.1 试验材料及试剂

纯涤纶织物240T(昆山市英杰纺织品进出口有限公司);乙烯基硅油(黏度为10 000 cs，上海鼎绍化工有限公司);辐敏剂(季戊四醇三甲基丙烯酸酯，广州谛科复合材料技术有限公司);SiO2纳米粉体(粒径为30 nm，南京海泰纳米材料有限公司)。

1.2 试验设备

60Co-γ辐射源，湖北省农业科学院辐射加工研究所;JSM-6510型扫描电子显微镜;YG(B)812D-20型织物抗渗水压测试仪;YG(B)61D型数字式织物透气量仪;JY-PHb型接触角测定仪;马丁代尔耐磨仪;电热恒温鼓风干燥箱;透湿杯。

1.3 试验工艺及参数

本文中采用的技术路线为:配制涂层整理剂→涂层(刀涂)→辐射固化(氮气保护)→卷装→取样→测试分析。

本文分别采用不同的涂层配方及辐射工艺，其详细参数如表1所示。

表1 试样及其涂层工艺

图1 涂层前后织物的表观形态

2 测试结果与分析

2.1 涂层前后织物表观形态的变化

涂层前后织物的表观形态如图1所示。

由图1(a)可知，纯涤纶织物在涂层前，纤维表面十分光洁，纤维与纤维之间缝隙较明显，由此决定其润湿性能较好，且具有良好的透湿、透气性能。由图1(b)及图1(c)可知，由乙烯基硅油涂层后，利用60Co-γ辐射技术不仅可以很好地将硅油涂层剂固化，而且涂层剂能在织物表面形成一层较连续的薄膜，纤维与纤维之间互相黏结，缝隙减少。采用纯有机硅整理后的织物，其表面的膜比较光洁，而加入辐敏剂及SiO2纳米粉体后所形成的膜则表现不仅粗糙而且相对较致密。膜的增加必然会影响材料的表面能以及透湿、透气等性能。

2.2 抗渗水性能

涂层前后织物的抗渗水性能(静水压力)测试结果如表2所示。

表2 涂层前后织物的静水压力 单位:Pa

由表2可知，涂层前的涤纶织物完全不抗静水压力，其静水压力值不到100 Pa;而经乙烯基硅油涂层后织物的抗静水性能明显增强。这是由于有机硅分子在辐射条件下交联固化，在织物的表面形成了膜，使得纤维与纤维之间几乎没有缝隙。在膜存在的情况下，织物的缝隙孔洞极小，其静水压力增大。由表2还可知，添加了辐敏剂的涂层织物的抗静水压力更好。这是由于辐敏剂的加入，在同等的涂层量下，辐射时乙烯基硅油分子的活性增强，分子之间能很好地交联固化，所形成的膜性能更优异、更稳定，使织物的抗渗水性能更强。

2.3 透气性能

涂层前后织物的透气性能测试结果见表3。

表3 涂层前后织物的透气量单位:L·m －2·s－1

由表3可知，涂层前织物的透气量达46.12 L/(m2·s)，织物表现出良好的透气性能;涂层后的织物由于膜的增加，透气性能均下降。由添加了辐敏剂及SiO2纳米粉体的涂层剂整理后的织物，由于其成膜较致密，透气性能相对纯有机硅涂层的织物要差，但仍具有一定的透气性能。

2.4 透湿性能

涂层前后织物的透湿性能测试结果见表4。

表4 涂层前后织物的透湿率WVT单位:g·m－2·(24 h)－1

由表4可知，涂层前织物的透湿率达7 832 g/(m2·24 h)，织物表现出良好的透湿性能;涂层后的织物由于膜的增加，透湿性能均下降。经纯有机硅涂层后的织物，虽在其表面形成了一层膜，但其透湿率仍高达6 000 g/(m2·24 h)以上;而经添加了辐敏剂及SiO2纳米粉体的涂层剂整理后的织物，由于其成膜较致密，透湿率则不到500 g/(m2·24 h)。

织物在采用不同配方的有机硅涂层剂整理后，仍能表现出一定的通透性。主要原因在于，构成聚硅氧烷主链的Si—O—Si链的键角较大，原子与原子间的距离较长，具有较大的自由度，Si—O键长达0.193 nm，使得硅氧烷类化合物不易发生结晶。因此，其容易透过氧气、氮气甚至水蒸气分子，用其处理后的织物仍具有一定的通气透湿性。

2.5 表面张力

涂层后织物的接触角如图2所示。

涂层前的涤纶织物具有良好的润湿性，当在织物的表面滴上一定量的水滴后，水滴逐渐将织物润湿，其接触角为零。而由图2(a)可知，在采用纯乙烯基硅油对织物进行涂层整理后，其拒水性增强，接触角为100°;由图2(b)可知，在乙烯基硅油中添加辐敏剂及SiO2纳米粉体，由其整理后的织物的拒水性能更为优良，接触角为115°。原因在于，经有机硅涂层剂整理后的织物，其表面存在一层有机硅薄膜，有机硅分子表面能很低，决定了其涂层织物的拒水性较好。而在整理剂中添加了辐敏剂及SiO2纳米粉体后，最终形成的膜相对较粗糙，更进一步增强了织物的拒水性。

图2 涂层后织物的接触角

3 结语

本文采用乙烯基硅油、辐敏剂及SiO2纳米粉体配制不同的涂层剂对纯涤纶织物进行整理，并利用辐射技术对涂层进行固化。通过扫描电镜观察可知，乙烯基硅油涂层整理剂能在织物的表面形成一层良好的较连续的薄膜。而通过其他相关性能测试对比分析可知，涂层后的织物抗静水压力高，表面张力小，拒水性能好，并且还具有一定的通气透湿性能。该涂层织物可广泛用于衣料(雨衣类、仿皮革、防水耐热衣)，日用(防水布)，杂品(雨天帐篷布、海滨太阳伞)，工、农业用(电气散热材料、印刷布、制版布)、医疗卫生用(护伤膏)，室内装潢用(贴墙材料、天花板材料、铺底材料)，装饰用(家具面料、遮光帘、暗幕等)，建筑用(顶盖板材、帐篷等)等产品中。

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