涤纶织物表面改性与涤纶–pu涂层的界面结合

涤纶织物表面改性与涤纶–pu涂层的界面结合

tp-tp涂层材料是以丝绸为基础的材料，tp（饱和聚合物）是涂层材料。由于其重量、强度、卫生、环保等优点，它在服装、降雨、皮革制品、帐篷、软水装置、软油装置等领域得到了广泛应用。涤纶织物是产量大、性能优的合成纤维,具有高强度、高模量、优异的热稳定性和耐老化性以及良好的耐有机溶剂、氧化剂及耐腐蚀性等优异性能笔者在分析涤纶–TPU涂层织物界面影响因素的基础上,综述了当前涤纶织物表面改性处理及涂层织物界面研究方法,并浅析了其优缺点。1影响涂层织物界面因素从涤纶–TPU涂层织物界面形成过程来看,影响涂层织物界面的因素主要包括涂层织物基质、涤纶织物纺织印染,以及涂层制备过程,其中涂层织物基质是影响其界面结合的根本因素。1.1成纤高聚物膜的合成涤纶–TPU涂层织物的基质组成主要包括涤纶织物和TPU两部分。涤纶织物是以精对苯二甲酸(PTA)或对苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(EG)为原料经酯化或酯交换和缩聚反应而制得的成纤高聚物–聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),经纺丝、后处理制成纤维,后经纺纱而成,其分子式为—[OC—C涤纶–TPU涂层织物的基质组成中涤纶织物的惰性表面是制约该类涂层织物界面结合的瓶颈,因此涤纶织物表面活化改性是改善该类涂层织物界面结合的关键。1.2涤纶织物纺织涤纶经纺织、印染过程最终成为涂层织物基布,纺织、印染过程不可避免地会伴随有浆纱、油污,而浆纱及油污去除不净会大大降低织物的浸润性和渗透性,直接影响涂层织物界面结合,因此涤纶织物印染后的清洗就显得尤为重要。此外,涤纶织物在生产过程中伴随有低聚物副产物的产生,其中环状低聚物水溶性低,会给染色加工及涂层制备过程带来问题。研究表明1.3涂层厚度对界面的影响涂层制备工艺过程是形成纤维/涂层界面的基础,因此,在纤维、涂层既定的情况下,涂层制备过程的工艺控制是涤纶–TPU涂层织物界面形成、获得良好界面结合的关键。涂层厚度是涂层织物的重要性能之一,直接影响涂层织物的界面结合强度及使用性能。作为骨架材料的基布,布纹的存在导致其实际表面凹凸不平,当涂层太薄时,不足以填平布纹的沟槽,使得涂层不连续,易出现渗漏现象;涂层过厚,不仅会增加涂层织物的质量,同时会增加产品成本,因此,涂层的实际厚度应根据其实际应用场合予以合理控制,以保证在满足使用性能的同时,尽可能做到“质优价廉”。涂层制备温度也是影响涂层织物界面结合的一个重要因素。研究表明2实用及实用且可行通过改变基布的表面状态来提高涂层织物的复合牢度,是一种非常实用且行之有效的技术措施。目前,用于涤纶–TPU涂层织物界面处理的方法主要有碱液处理、电晕放电及等离子体处理、浸胶处理等。2.1界面机械结合将涤纶织物用碱性溶液处理,如NaOH溶液、氨水、聚乙烯亚胺等,碱液刻蚀涤纶织物表面,通过增加涂层织物的界面机械结合来提高涂层织物复合牢度。程贞娟采用碱液处理涤纶织物,虽然在一定程度上可以改善涤纶织物的表面活性,但碱液对涤纶织物的表面刻蚀造成纤维损伤,机械强度降低,使得该方法推广应用受限。碱液与乙醇、胺类等物质协同作用处理涤纶织物可以较好地控制碱液对涤纶织物的表面刻蚀,在改善涤纶织物表面活性的同时减少纤维力学性能损失。2.2浅层发生作用电晕放电及等离子体处理是通过电极放电刻蚀涤纶织物,并在纤维表面引入游离基团,从而改善涤纶织物的表面活性。由于电晕放电及等离子体处理只在纤维表面100nm左右的浅层发生作用,对纤维本身的损伤很有限。马丕波、F.Eniko等采用电晕放电及等离子体处理涤纶织物,其核心是利用等离子体的高能离子轰击涤纶织物,将涤纶织物表面层的高分子键打开,并在断键处形成活化中心,这种活化中心的寿命一般很短,并随着轰击后停放时间延长而衰弱,因此涤纶织物经电晕放电及等离子体处理后需及时进行后续工艺。尽管如此,单一的采用电晕放电及等离子体处理对涤纶织物的活化效果有限,其应用领域多局限于涤纶织物印花、染色等方面。2.3改善涂层织物界面涤纶织物的浸胶处理,不仅可以在纤维表面引入极性基团,提高涤纶织物的表面活性,同时浸胶液以其低黏度可以很好地浸润、渗透涤纶织物,在纤维和涂层之间起到“桥梁”作用,从而改善涂层织物的界面结合。2.3.1织物浸胶处理有关涤纶织物浸胶活化的研究早期主要基于涤纶帘子布的浸胶活化处理,其中以美国DuPon公司发明的D–417预浸胶液配方最为典型其中黄耆树脂作为润湿剂提高预浸胶液对涤纶织物的浸润性。涤纶织物浸渍D–417预浸胶液后,在240℃热处理1min,获得纤维表面活化的涤纶织物,后续进行涂层(复膜)工序。随着汽车工业的发展及涤纶–TPU涂层织物的推广应用,涤纶织物及帘子线的浸胶处理研究也越来越多。HeimoJ.Langer辽宁邦迪捻织有限公司2.3.2织物表面化学键作用机理浸胶液的作用机理是在涤纶织物表面引入活性基团,进而提高涂层织物的界面粘接强度。对涂层织物而言,涤纶织物与涂层的粘接作用主要有机械互锁力、范德华作用力及化学键力。浸胶液渗透进纤维或织物内,在纤维和涂层之间产生机械咬合,从而产生机械互锁力。一般浸胶液的渗透作用越强,形成的机械作用力越大;织物表面平整度越差,涂层和织物之间的机械互锁力也越大。由于涤纶织物表面惰性,亲水性较差,仅在涤纶分子链末端存在少量羧基、羟基,因此范德华作用力的贡献不大。通过浸胶液与涤纶织物的反应,在涤纶织物表面引入羟基等活性基团,在织物与涂层之间形成化学键,所产生的化学键力对涂层织物的界面粘接影响最大。以D–417浸胶液配方为例,浸胶液与涤纶织物的反应机理为环氧树脂的环氧基团与涤纶的端羧基之间发生反应引入活性的—OH,封闭异氰酸酯在高温下解封产生活性很强的—NCO基团,然后—NCO再与涤纶中的—OH发生酯化反应。在高温下,还存在异氰酸酯与涤纶中的极性酯基起反应,以及异氰酸酯与环氧树脂的交联固化反应,通过反应在涤纶分子中引入活性较强的—OH和—NH,并在涤纶织物表面形成树脂状的涂层,使涤纶的极性增强,使得涤纶与涂层材料的化学键合增强。3织物表面形貌界面研究一直是复合材料研究领域的重点与难点,对于涂层织物,由于纤维表面的不规则及纤维本身缺乏刚性,加之织物表面的多孔结构,导致一些传统界面表征手段的应用受到限制,其界面研究更加困难。界面研究方法主要分为以下4个方面:织物浸润性表征、织物表面形貌表征、界面反应动态过程表征、界面结合力表征。3.1织物表面接触角织物的浸润性表征主要有表面张力、接触角、润湿时间等。采用表面张力仪表征处理前后织物的表面张力变化,从而对处理效果有个定性的判断。润湿时间也是表征织物浸润性一个很好的参量,其原理是将去离子水测试液滴分别滴到织物表面,观察液滴在不同时间点的状态,并测试其在织物表面完全铺展所需的时间。纤维表面的动态接触角一般采用CahnBalance法测量,其测试原理为将伸直的纤维竖直地悬挂在电子平衡器一端的钩子上,同时将一个装有液体的烧杯放置在一个可升降的平台上,当液体上升时,悬挂着的纤维以恒定速度接触液体,纤维被液体润湿;当液体下降时,纤维被去湿。纤维在润湿和去湿时所受的力是不同的,据此可以测定液体对纤维的动态接触角,如式(1)所示式中:θ为液体在纤维表面的接触角,F为纤维在润湿或去湿过程所受的力,γ为液体的表面能,d为纤维的直径。3.2表面粗糙度测试虽然碱处理、电晕放电及等离子体处理和浸胶处理对涤纶织物表面形貌影响较小,但借助先进的仪器分析手段,仍可观测到处理前后纤维表面形貌的变化,特别是粗糙度的变化。扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)是比较常见的无机非金属材料微观形貌分析手段,SEM电镜的分辨率可达3nm,AFM显微镜的分辨率达300nm,刚好与等离子体处理的作用范围基本相当,可很好地再现处理前后纤维表面形貌及粗糙度的变化。3.3涤纶织物表面原子成分分析为获得处理前后涤纶织物表面化学成分信息,可以采用X光电子能谱、扫描电化学显微镜等先进分析测试手段对涤纶织物表面原子的结合成分和结合状态进行定量分析,进而推断处理过程对涤纶织物表面元素、成分的化学作用及反应过程。3.4界面结合力表征判断涂层织物界面处理效果好坏最直接而有效的方法是测试涂层织物的界面结合力,如用于轮胎帘子线界面结合力表征的H抽出力值、涂层织物的剥离强度等。4涂层织物表面活化文中在研究涤纶–TPU涂层织物界面影响因素的基础上,分析得出涤纶织物表面惰性是影响该类涂层织物形成良好界面结合的瓶颈,涤纶织物表面改性是该类涂层织物获得良好界面结合的有效措施。碱液处理和电晕放电及等离子体处理对涤纶织物表面活化效果有限,主要应用侧重于涤纶织物印染方面;浸胶处理是涤纶织物表面活化、涂层织物界面结合改善的重要技