滌棉織物單面防水泡沫涂層工藝

王 博, 隋 艷 玲, 李 紹 權(quán), 崔 永 珠

( 大連工業(yè)大學(xué) 紡織輕工學(xué)院, 遼寧 大連 116034 )

0 引 言

所謂泡沫整理,就是采用盡可能多的空氣來取代配制整理液或染液時所需要的水,通過空氣,將整理劑或染色化學(xué)藥劑在水或其他溶液中的濃溶液或懸浮液膨脹轉(zhuǎn)化成泡沫,然后通過涂刮使得泡沫擴(kuò)散到被加工織物的表面并滲透入織物內(nèi)部,保證在最小給濕量條件下化學(xué)藥劑的均勻分布,在節(jié)省原料的同時又減少了烘燥時間,并且減少了廢水的排放[1-2]。

目前,國內(nèi)在泡沫涂層技術(shù)開發(fā)方面取得了一定的成果,東華大學(xué)李永庚等[3]對起泡原液的組成和性能做了系統(tǒng)研究,浙江傳化股份有限公司[4]復(fù)配出一種紡織用水性起泡阻燃涂層膠。

本實(shí)驗利用泡沫整理低帶液率的優(yōu)勢,通過單面涂層法對滌棉織物進(jìn)行防水整理,以此使織物單面具有防水性,同時另一面保持良好的服用舒適性。

1 實(shí) 驗

1.1 試劑與儀器

試劑:防水劑,韓國日華；十二烷基硫酸鈉SDS,分析純,天津市博迪化工有限公司；壬基酚聚氧乙烯醚NP-10,遼陽科隆化學(xué)品有限公司；羧甲基纖維素鈉CMC；羥乙基纖維素鈉HEC,北京化學(xué)試劑公司；羧甲基淀粉CMS,北京化學(xué)試劑公司；海藻酸鈉,天津市博迪化工有限公司；增稠劑PTF,上海大祥化工；滌棉混紡斜紋商品布,市售。

儀器:羅氏泡沫儀,NDJ-1型旋轉(zhuǎn)式黏度計,織物表面防水性測試儀,LLY-01B電腦控制硬挺度儀,電腦式透氣性測試儀,電子織物強(qiáng)力測試儀。

1.2 涂層整理劑泡沫性能的表征

1.2.1 發(fā)泡比

取10 mL原液于100 mL具塞量筒中,加蒸餾水稀釋至20 mL,蓋塞,劇烈搖動10次,靜置30 s,測泡沫體積。實(shí)驗測出的是一組比較值[5]。

發(fā)泡比=原液質(zhì)量/相同體積泡沫質(zhì)量

=原液密度/泡沫密度

=試液體積/泡沫體積

1.2.2 泡沫高度

利用Ross-Miles法測定泡沫高度[6]。

1.2.3 泡沫密度

將泡沫倒入已知質(zhì)量和容積的量杯中(使泡沫體積與量杯容積相等),用電子天平精確稱量量杯中泡沫質(zhì)量。根據(jù)泡沫質(zhì)量和體積計算泡沫密度。

1.2.4 泡沫半衰期

在250 mL的分液漏斗內(nèi),放滿泡沫,稱出質(zhì)量然后從分液漏斗放出排液,滴入一個已知質(zhì)量的放置于天平上的小燒杯,開始計時,直至滴入液體的質(zhì)量為泡沫質(zhì)量的一半時,記下所需時間[5]。

1.3 涂層劑黏度測定

采用NDJ-1型旋轉(zhuǎn)式黏度計在3#轉(zhuǎn)子,30 r/min條件下測定試液黏度。

1.4 發(fā)泡方法

機(jī)械發(fā)泡,用6511型電動攪拌機(jī)攪拌,控制轉(zhuǎn)速2 000 r/min,攪拌5 min。

1.5 針板涂層法

取20 cm×20 cm滌棉織物,按壓固定在針板上,將經(jīng)機(jī)械發(fā)泡過的整理劑迅速用橡膠刮刀均勻涂刮到織物表面,并重復(fù)上述操作,使涂層更加均勻。

1.6 織物帶液率、增重率、節(jié)約試劑計算公式

織物帶液率=涂層后布質(zhì)量增加量/涂層后布質(zhì)量

增重率=織物水洗烘干后質(zhì)量/織物原質(zhì)量

節(jié)約試劑=(壓軋后布增加質(zhì)量-涂層后布增加質(zhì)量)/壓軋后布增加質(zhì)量

1.7 整理工藝路線

泡沫涂層劑的配制→機(jī)械發(fā)泡→針板涂層→預(yù)烘→焙烘→性能測試。

1.8 織物性能測試

防水性能測試:采用GB/T 4757—1997《紡織織物 表面抗?jié)裥詼y定 沾水試驗》,噴淋法,分為1～5級,5級為最佳。

透氣性測試:采用GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》,以兩面壓強(qiáng)為100 Pa時的透氣率表示。

硬挺度測試:參照GB/T 18318—2001《紡織品織物彎曲長度的測定》,電腦硬挺度測試儀測定,以織物伸出長度為衡量標(biāo)準(zhǔn)。

斷裂強(qiáng)力測試:采用GB/T 7689.1—7689.5—2001 《增強(qiáng)材料 機(jī)織物試驗方法 第5部分:玻璃纖維拉伸斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長的測定》,電子織物強(qiáng)力試驗儀測定。

撕裂強(qiáng)力測試:采用GB/T3917.1—1997《紡織品織物撕裂性能的測定》,電子織物強(qiáng)力試驗儀測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 泡沫防水涂層整理劑的制備

2.1.1 起泡劑的優(yōu)選與用量

選取陰離子表面活性劑中起泡性能最好的十二烷基硫酸鈉(SDS)和非離子表面活性劑NP-10[6],將兩種起泡劑配置成不同濃度的溶液,并分別按1∶1的比例與防水劑混合,觀察其起泡性能,并在25 ℃下靜置2 h,觀察其系統(tǒng)相容性。兩種起泡劑與防水劑均有很好的相容性。起泡比如圖1所示,從圖1中可以看出SDS的起泡性能明顯優(yōu)于NP-10,且價格便宜,故選用SDS作為起泡劑。

圖1 兩種起泡劑分別與防水劑混合的起泡比

圖2是將SDS配置成不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液與防水劑按4種不同比例混合,測定其泡沫高度。從圖2中可以看出,隨著防水劑與SDS比例的不同,泡沫高度存在很大差異,當(dāng)SDS溶液的含量過小時盡管SDS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)很大起泡性能仍不好,說明水占了很主要的因素,在節(jié)約原料用量且防水效果優(yōu)良的原則下,選取防水劑與SDS的比例為2∶1時最為合適,將SDS配置成10%的溶液與防水劑混合時泡沫高度最佳。

2.1.2 穩(wěn)泡劑的優(yōu)選與用量

為了使泡沫涂層劑僅潤濕織物正面同時要保持良好的起泡性能,要使得混合液的體系黏度控制在一定的范圍內(nèi),經(jīng)過預(yù)實(shí)驗得到系統(tǒng)黏度在1 500～2 000 mPa·s時,可兼顧起泡性能和系統(tǒng)黏度。

圖2 防水劑與不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的SDS混合的泡沫高度

表1列出了幾種穩(wěn)定劑在規(guī)定了黏度情況下的用量,以及獲得泡沫液的泡沫密度、半衰期。圖3給出了添加幾種不同穩(wěn)定劑后溶液的發(fā)泡比。CMC是常用的增黏劑,通過半衰期可以看出泡沫的穩(wěn)定性也得到了明顯提高并且沫密度和起泡比適中,但若單獨(dú)使用,用量大且CMC含有親水性基團(tuán)會影響試劑的防水性能。CMS的增稠性不如CMC,達(dá)到規(guī)定黏度用量更大,體系厚重,并且起泡性也不佳。HEC的增黏性很好但是不能單獨(dú)使用,達(dá)到規(guī)定黏度的溶液流變性差,導(dǎo)致起泡困難。海藻酸鈉的起泡性不如CMC,且?guī)в蓄伾⒕C合考慮成本因素,選用CMC為主增稠穩(wěn)定劑,并配合增黏型的HEC與PTF使用,泡沫密度0.33 g/cm3,起泡比1∶2.5,半衰期為40 min。

表1 不同穩(wěn)定劑對泡沫液性能的影響

圖3 添加不同穩(wěn)定劑對發(fā)泡比的影響

Fig.3 Effect of different stabilizing agent on ratio of foam liquid

2.2 織物帶液率與增重率

泡沫涂層整理將傳統(tǒng)的多步浸軋工藝縮短為一步涂層法,節(jié)省了軋壓工序的能量消耗,同時也降低了織物的帶液率,節(jié)省了原材料。分別取相同質(zhì)量兩種工藝整理后的試樣各5塊,稱量出各道工序的布重取平均值,見表2。計算其帶液率,增重率和涂層整理節(jié)約試劑的百分比,見表3?？梢悦黠@看出泡沫涂層整理在節(jié)水方面的優(yōu)越性。

表2 兩種工藝各道工序的布重

表3 兩種工藝帶液率增重率的結(jié)果比較

2.3 焙烘溫度時間的選擇與對比

涂層和浸軋后的織物在80 ℃的溫度下預(yù)烘2 min,之后在規(guī)定的焙烘溫度下進(jìn)行焙烘,在表4中可以看出,因經(jīng)泡沫整理法的織物帶液率低,烘燥時間顯著縮短,起到了降耗的作用。雖然由于表面活性劑和泡沫穩(wěn)定劑的存在,泡沫涂層織物防水性能比傳統(tǒng)浸軋工藝整理織物略有降低,但是仍然可以滿足服用需求。在泡沫涂層整理中,溫度低于140 ℃時,防水性差,是因為防水劑與織物未產(chǎn)生交聯(lián),結(jié)合度不夠。為避免溫度過高使得能耗增大同時考慮滌棉織物易泛黃等因素,確定焙烘溫度為160 ℃,時間為3 min。

表4 兩種工藝不同溫度和時間防水性能的比較

2.4 織物性能測試

由表5的性能測試可以看出,經(jīng)泡沫涂層整理的織物透氣性要明顯優(yōu)于浸軋整理后的織物,與未經(jīng)處理的織物差別不大；硬挺度雖然與未處理的相比有所增加,但優(yōu)于浸軋整理的織物,手感更加柔軟；由表6、7可以看出,泡沫涂層整理的織物拉伸斷裂性能與撕破性能降低的幅度小一些,這是因為泡沫整理減少了焙烘時間過高過長所造成的強(qiáng)力損傷。

3 結(jié) 論

防水劑與10%SDS溶液2∶1混合,CMC 10 g/L,HEC 0.5 g/L, 增稠劑PTF 5 g/L,此時起泡比為1∶2.5,泡沫密度0.38 g/cm3,泡沫半衰期為40 min,可以滿足涂層整理工藝的要求。與浸軋工藝相比,泡沫涂層整理工藝將帶液率由45%降為26%,節(jié)約原材料55%,織物增重率也由18%下降到13%。免除了軋壓工序的能耗,焙烘溫度和時間也縮短到了160 ℃、3 min。

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[2] 劉昌齡譯. PEG對織物單面施加的研究[J]. 印染譯叢, 1997(3):81-84.

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[4] 浙江傳化股份有限公司. 紡織用水性起泡阻燃涂層膠及其制備方法:中國, 200810063134. 2[P]. 2009-08-05.

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