水性聚丙烯酸酯涂层织物耐水压控制

敬小波，华继军，汪小燕，周正荣

（浙江传化股份有限公司，浙江杭州311215）

水性聚丙烯酸酯涂层织物耐水压控制

敬小波，华继军，汪小燕，周正荣

（浙江传化股份有限公司，浙江杭州311215）

介绍了水性聚丙烯酸酯乳液的合成及涂层膜的形成机理，分析了基布、丙烯酸酯乳液及加工工艺对耐水压的影响，提出了对高耐水压涂层织物的一些观点。

水性；聚丙烯酸酯；涂层；涂层织物；耐水压

箱包、帐篷、雨伞、羽绒服、冲锋衣等功能性织物加工时，不仅需要满足手感和牢度等常规要求，而且有更重要的耐水压性能的指标要求[1]。若此类产品的耐水压性能低，就直接失去了其使用价值。耐水压织物一般分为二类，一类是采用粘合剂将聚四氟乙烯或聚酯等薄膜与织物通过层压工艺复合，层压织物虽然性能突出但工艺复杂且不耐水洗；另一类是采用涂层剂进行湿法或干法涂层使织物达到耐水压效果，其工艺实施方便且性能优异[2]。涂层织物通常是指在织物表面均匀涂覆一层或多层能连续成膜的聚合物材料，改变织物外观风格，增加功能性并提高附加值。目前全球涂层织物已占纺织品总量的30%，涂层剂消耗量已达纺织总助剂重量的50%[3]。由于织物本身大多只具有很低的耐水压，这就要求使用的涂层胶水能在织物表面形成不溶于水且能耐水压冲击的膜，从而提升织物的耐水压性能。纺织涂层的耐水压性能不同于常见的拒水性能，高耐水压织物也可分为透湿和不透湿，如羽绒服、冲锋衣就需要有透湿高耐水压（透汗），而箱包布、帐篷和雨伞等则不需要透湿[4]。

目前涂层剂使用最广泛的主要是聚氨酯（PU）、聚丙烯酸酯（PA）及其改性、复配物。溶剂型胶水因成膜性好和拒水等优势而具有较好的耐水压性能，但要消耗大量有机溶剂，造成污染和安全隐患。水性涂层胶则主要以水为分散介质，价格低且安全环保，乳液黏度与聚合物相对分子质量无关，从而有利于传热及合成操作[5]。随着环保及安全压力不断加大，以及有机溶剂价格的大幅上涨，水性胶的使用量逐年增加。在水性胶当中，聚氨酯耐低温、耐溶剂性好，且具有良好的弹性和柔韧性，但水洗牢度差，易黄变且价格较高[3]。而用于织物涂层的聚丙烯酸酯乳液，机械强度高，耐黄变、耐老化、耐水性好，且价格便宜，所以水性聚丙烯酸酯一直是耐水压涂层织物的研究重点，但是其相关介绍却非常少[6]。

1　耐水压测试及涂层织物工艺

1.1织物耐水压性能测试标准

不同于测试拒水性能的喷淋实验或沾水试验，织物的耐水压性能通常用抗渗水性测试来表征，以织物能承受的静水压来表示水透过织物所遇到的阻力，故也称为静水压测试法。根据GB／74744—1997《纺织织物抗渗水性测定静水压试验》标准，测试方法是在标准大气压下，织物的一面承受匀速上升的水压，直到布面有3处渗水为止，记录此时的压力，即为该织物的耐水压指标。标准未规定水压从试样的涂层面或背面施加，但由于耐水压织物使用时都是水从涂层面渗透到内部，故测试时水压应从涂层面施加[7]。根据用途不同，客户对纺织物耐水压要求不同，较低的要求在5千帕左右，高的时候甚至需要到20～100千帕。

1.2涂层织物工艺

水性聚丙烯酸酯可广泛用作尼丝纺、棉、涤纶、帆布等织物的涂层剂，并可以通过直接涂层或转移涂层进行加工，以获得各种功能性材料。直接涂层是织物涂层的主要方式，本文主要在直接涂层基础上分析耐水压控制。其普通工序是：织物经过轧光、防水整理，涂层胶增稠到合适黏度进行刮涂，烘干并进一步培烘。根据需要可以再逆向刮涂、培烘一次，以降低成膜缺陷从而提升耐水压指标。

2　水性聚丙烯酸酯合成及涂层膜的形成

2.1水性聚丙烯酸酯合成

水性聚丙烯酸酯主要通过乳液聚合得到，由单体、水、水溶性引发剂和乳化剂组成。单体在乳化剂作用下形成乳状液，加热和引发剂作用下发生聚合反应。在聚合的单体中，除一般的硬性、软性、交联单体外，还可以引入一些亲水或疏水性单体、刚性单体或大分子单体来增加功能性。在聚合工艺上也可以采取半连续或间歇反应，预乳化及种子聚合技术。一些特殊的乳液聚合技术也被用于生产中，如微乳液、细乳液及互穿聚合物网络技术等[8-9]，核壳乳液也被用于合成高耐水压聚丙烯酸酯乳液[10]。

其中X可以是—H或—CH3等，

R1可以是—H，—CH3，—C2H5，—C4H9等，

R2可以是—OCOCH3，—C6H5，—Cl，—CN等。

2.2涂层膜的形成

涂层织物的耐水压性能主要由涂层膜提供，因此涂层膜的形成及其质量非常重要。如图1所示，水性胶水增稠后，均匀涂覆在织物表面，根据织物本身的疏水性在布面有一定的渗透。在高温下，织物表面的胶水随着水分的迅速蒸发，聚合物乳胶粒开始接触，逐渐变形并紧密堆积，然后形成连续的膜，而这些乳胶粒之间还会存在乳化剂、增稠剂、水和油蒸发形成的气孔。完整的涂层膜为织物的耐水压提供了表面拒水性和力学强度，这是保持高耐水压的重要条件。下面详细分析涂层织物耐水压的影响因素。

3　涂层织物耐水压影响分析

3.1织物对耐水压的影响

图1　涂层膜的形成

织物基布本身耐水压指标很低，与其纤维材料对水的润湿性有关，润湿性越大织物耐水压越差，润湿性大致排列顺序为棉＞腈纶＞羊毛＞涤纶＞丙纶，此外还与基布紧度、厚度、纤维弹性及轧光、防水整理等有关[11]。当基布的总紧度低时，其经纬线网状骨架太稀，浆料容易渗透导致涂层膜的厚度下降，一般需要紧度不得低于70%[12]。且基布作为整个涂层织物的承力层，若紧度或厚度低，当水压冲击时，不能有效支撑整个涂层织物，从而在中间产生较大凹面，导致涂层膜的破裂而不能耐水压。若织物纤维弹性较大或纤维间容易滑动，涂层织物也容易在高水压下发生较大形变引起破裂。由于水性胶和油性胶的区别，布面的润湿性、轧光和防水整理等也直接影响涂层胶的渗透和上浆量，直接影响耐水压指标。基布的紧度和厚度高，弹性低及布面疏水，对耐水压产生正面影响。

3.2水性聚丙烯酸酯胶水对耐水压的影响

胶水对耐水压的影响主要体现在涂层的形成及其疏水性和强度，涂层膜越疏水且强度高耐水压越高。对耐水压产生影响的涂层胶性能主要是指胶水的固含量、树脂的相对分子质量和玻璃化温度，以及上机黏度。含固量低的胶水会降低成膜性及成膜后的强度，在相同条件下耐水压较低。聚丙烯酸酯的相对分子质量和玻璃化温度高有利于提高涂层膜的强度和耐水压，也可以通过添加内交联或外加交联剂产生交联来获得。但是强度高而脆的话，耐水压指标反而会下降。涂层膜的亲疏水性和聚丙烯酸酯本身有关，而乳化剂、增稠剂等亲水性物质的添加也会大幅降低疏水性，所以需要尽量减少该类物质，也可以合成自增稠性胶水减少增稠剂。涂层膜的疏水性可以通过膜接触角的测试获得。胶水合适的黏度及良好流平性可以得到更完整的涂层膜，控制渗透，对耐水压产生正面影响。低黏度的涂层胶对织物的渗透性强，在织物表面的成膜性差，而黏度过大时，胶水流平性差导致成膜不均匀，都会影响涂层织物的耐水压性能。

3.3涂层工艺对耐水压的影响

涂层工艺也会对织物耐水压产生很大影响，它决定了涂层质量、厚度及孔隙的大小。涂层质量要求整个布面上浆均匀，具有很好的牢度，局部瑕疵会影响整个涂层，要避免有未搅开的增稠剂或聚丙烯酸酯胶块。静电作用也会造成瑕疵，纤维和刮刀摩擦能使涂层薄膜带电，形成针眼而降低耐水压，这可以安装静电消除装置来解决。此外，若涂层太薄，涂层剂在表面不易连续成膜，耐水压较低，胶水的固含量只是其中一部分，操作中也可以通过进料角量来调节。在同样条件下，上浆量提高1倍，耐水压指标通常可提高数倍。进料角的大小及进料压力，影响浆料和基布的贴合及浆料的流平、分散与成膜。

膜的孔隙越大越多，涂层织物的耐水压性能就越差，这可以用气通量来考察孔隙率。孔隙的产生主要有3个原因：一是乳化剂在搅拌过程中因发泡产生，这就需要添加少量消泡剂进行消泡，但消泡剂尤其是有机硅类有可能分散不良，形成缺陷；二是高温培烘时水和油迅速蒸发形成大量水蒸气气泡，破裂后形成气孔，降低培烘温度延长时间，有利于减少气孔；三是浆料流平性差的话，乳胶粒间不能有效形变紧密排列，产生粒子间孔隙。乳胶粒的粒径小，涂层膜孔隙可能将越小，或乳液中分布有较小的乳胶粒来填补孔隙。生产中经常使用二次刮涂，来提升涂层膜均匀性和厚度并降低孔隙，从而改善耐水压性能。

4　结语

当今国内外涂层织物对耐水压性能的要求越来越高，市场客户众多且需求量大，户外运动装备、消防及军工需求增多，并且在抗灾等特殊时期可能会有巨大的增量。水性丙烯酸酯涂层性能优异，节能环保，经济耐用，是耐水压织物的潮流。在其加工中，影响耐水压的因素众多，总的来说就是要提高基布和涂层膜的强度，减少涂层膜的瑕疵和孔隙，并提高涂层膜的疏水性。要综合性地对被涂织物的材质、水性聚丙烯酸酯胶水的性能以及加工工艺条件等诸因素进行控制，才能得到成本低、手感好、耐水压指标高的产品。

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10．13752／j．issn．1007－2217．2015．04．004

2015－10－12