滌綸織物表面改性與滌綸–pu涂層的界面結(jié)合

滌綸織物表面改性與滌綸–pu涂層的界面結(jié)合

tp-tp涂層材料是以絲綢為基礎(chǔ)的材料，tp（飽和聚合物）是涂層材料。由于其重量、強度、衛(wèi)生、環(huán)保等優(yōu)點，它在服裝、降雨、皮革制品、帳篷、軟水裝置、軟油裝置等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。滌綸織物是產(chǎn)量大、性能優(yōu)的合成纖維,具有高強度、高模量、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和耐老化性以及良好的耐有機溶劑、氧化劑及耐腐蝕性等優(yōu)異性能筆者在分析滌綸–TPU涂層織物界面影響因素的基礎(chǔ)上,綜述了當(dāng)前滌綸織物表面改性處理及涂層織物界面研究方法,并淺析了其優(yōu)缺點。1影響涂層織物界面因素從滌綸–TPU涂層織物界面形成過程來看,影響涂層織物界面的因素主要包括涂層織物基質(zhì)、滌綸織物紡織印染,以及涂層制備過程,其中涂層織物基質(zhì)是影響其界面結(jié)合的根本因素。1.1成纖高聚物膜的合成滌綸–TPU涂層織物的基質(zhì)組成主要包括滌綸織物和TPU兩部分。滌綸織物是以精對苯二甲酸(PTA)或?qū)Ρ蕉姿岫柞?DMT)和乙二醇(EG)為原料經(jīng)酯化或酯交換和縮聚反應(yīng)而制得的成纖高聚物–聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET),經(jīng)紡絲、后處理制成纖維,后經(jīng)紡紗而成,其分子式為—[OC—C滌綸–TPU涂層織物的基質(zhì)組成中滌綸織物的惰性表面是制約該類涂層織物界面結(jié)合的瓶頸,因此滌綸織物表面活化改性是改善該類涂層織物界面結(jié)合的關(guān)鍵。1.2滌綸織物紡織滌綸經(jīng)紡織、印染過程最終成為涂層織物基布,紡織、印染過程不可避免地會伴隨有漿紗、油污,而漿紗及油污去除不凈會大大降低織物的浸潤性和滲透性,直接影響涂層織物界面結(jié)合,因此滌綸織物印染后的清洗就顯得尤為重要。此外,滌綸織物在生產(chǎn)過程中伴隨有低聚物副產(chǎn)物的產(chǎn)生,其中環(huán)狀低聚物水溶性低,會給染色加工及涂層制備過程帶來問題。研究表明1.3涂層厚度對界面的影響涂層制備工藝過程是形成纖維/涂層界面的基礎(chǔ),因此,在纖維、涂層既定的情況下,涂層制備過程的工藝控制是滌綸–TPU涂層織物界面形成、獲得良好界面結(jié)合的關(guān)鍵。涂層厚度是涂層織物的重要性能之一,直接影響涂層織物的界面結(jié)合強度及使用性能。作為骨架材料的基布,布紋的存在導(dǎo)致其實際表面凹凸不平,當(dāng)涂層太薄時,不足以填平布紋的溝槽,使得涂層不連續(xù),易出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象;涂層過厚,不僅會增加涂層織物的質(zhì)量,同時會增加產(chǎn)品成本,因此,涂層的實際厚度應(yīng)根據(jù)其實際應(yīng)用場合予以合理控制,以保證在滿足使用性能的同時,盡可能做到“質(zhì)優(yōu)價廉”。涂層制備溫度也是影響涂層織物界面結(jié)合的一個重要因素。研究表明2實用及實用且可行通過改變基布的表面狀態(tài)來提高涂層織物的復(fù)合牢度,是一種非常實用且行之有效的技術(shù)措施。目前,用于滌綸–TPU涂層織物界面處理的方法主要有堿液處理、電暈放電及等離子體處理、浸膠處理等。2.1界面機械結(jié)合將滌綸織物用堿性溶液處理,如NaOH溶液、氨水、聚乙烯亞胺等,堿液刻蝕滌綸織物表面,通過增加涂層織物的界面機械結(jié)合來提高涂層織物復(fù)合牢度。程貞娟采用堿液處理滌綸織物,雖然在一定程度上可以改善滌綸織物的表面活性,但堿液對滌綸織物的表面刻蝕造成纖維損傷,機械強度降低,使得該方法推廣應(yīng)用受限。堿液與乙醇、胺類等物質(zhì)協(xié)同作用處理滌綸織物可以較好地控制堿液對滌綸織物的表面刻蝕,在改善滌綸織物表面活性的同時減少纖維力學(xué)性能損失。2.2淺層發(fā)生作用電暈放電及等離子體處理是通過電極放電刻蝕滌綸織物,并在纖維表面引入游離基團(tuán),從而改善滌綸織物的表面活性。由于電暈放電及等離子體處理只在纖維表面100nm左右的淺層發(fā)生作用,對纖維本身的損傷很有限。馬丕波、F.Eniko等采用電暈放電及等離子體處理滌綸織物,其核心是利用等離子體的高能離子轟擊滌綸織物,將滌綸織物表面層的高分子鍵打開,并在斷鍵處形成活化中心,這種活化中心的壽命一般很短,并隨著轟擊后停放時間延長而衰弱,因此滌綸織物經(jīng)電暈放電及等離子體處理后需及時進(jìn)行后續(xù)工藝。盡管如此,單一的采用電暈放電及等離子體處理對滌綸織物的活化效果有限,其應(yīng)用領(lǐng)域多局限于滌綸織物印花、染色等方面。2.3改善涂層織物界面滌綸織物的浸膠處理,不僅可以在纖維表面引入極性基團(tuán),提高滌綸織物的表面活性,同時浸膠液以其低黏度可以很好地浸潤、滲透滌綸織物,在纖維和涂層之間起到“橋梁”作用,從而改善涂層織物的界面結(jié)合。2.3.1織物浸膠處理有關(guān)滌綸織物浸膠活化的研究早期主要基于滌綸簾子布的浸膠活化處理,其中以美國DuPon公司發(fā)明的D–417預(yù)浸膠液配方最為典型其中黃耆樹脂作為潤濕劑提高預(yù)浸膠液對滌綸織物的浸潤性。滌綸織物浸漬D–417預(yù)浸膠液后,在240℃熱處理1min,獲得纖維表面活化的滌綸織物,后續(xù)進(jìn)行涂層(復(fù)膜)工序。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展及滌綸–TPU涂層織物的推廣應(yīng)用,滌綸織物及簾子線的浸膠處理研究也越來越多。HeimoJ.Langer遼寧邦迪捻織有限公司2.3.2織物表面化學(xué)鍵作用機理浸膠液的作用機理是在滌綸織物表面引入活性基團(tuán),進(jìn)而提高涂層織物的界面粘接強度。對涂層織物而言,滌綸織物與涂層的粘接作用主要有機械互鎖力、范德華作用力及化學(xué)鍵力。浸膠液滲透進(jìn)纖維或織物內(nèi),在纖維和涂層之間產(chǎn)生機械咬合,從而產(chǎn)生機械互鎖力。一般浸膠液的滲透作用越強,形成的機械作用力越大;織物表面平整度越差,涂層和織物之間的機械互鎖力也越大。由于滌綸織物表面惰性,親水性較差,僅在滌綸分子鏈末端存在少量羧基、羥基,因此范德華作用力的貢獻(xiàn)不大。通過浸膠液與滌綸織物的反應(yīng),在滌綸織物表面引入羥基等活性基團(tuán),在織物與涂層之間形成化學(xué)鍵,所產(chǎn)生的化學(xué)鍵力對涂層織物的界面粘接影響最大。以D–417浸膠液配方為例,浸膠液與滌綸織物的反應(yīng)機理為環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基團(tuán)與滌綸的端羧基之間發(fā)生反應(yīng)引入活性的—OH,封閉異氰酸酯在高溫下解封產(chǎn)生活性很強的—NCO基團(tuán),然后—NCO再與滌綸中的—OH發(fā)生酯化反應(yīng)。在高溫下,還存在異氰酸酯與滌綸中的極性酯基起反應(yīng),以及異氰酸酯與環(huán)氧樹脂的交聯(lián)固化反應(yīng),通過反應(yīng)在滌綸分子中引入活性較強的—OH和—NH,并在滌綸織物表面形成樹脂狀的涂層,使滌綸的極性增強,使得滌綸與涂層材料的化學(xué)鍵合增強。3織物表面形貌界面研究一直是復(fù)合材料研究領(lǐng)域的重點與難點,對于涂層織物,由于纖維表面的不規(guī)則及纖維本身缺乏剛性,加之織物表面的多孔結(jié)構(gòu),導(dǎo)致一些傳統(tǒng)界面表征手段的應(yīng)用受到限制,其界面研究更加困難。界面研究方法主要分為以下4個方面:織物浸潤性表征、織物表面形貌表征、界面反應(yīng)動態(tài)過程表征、界面結(jié)合力表征。3.1織物表面接觸角織物的浸潤性表征主要有表面張力、接觸角、潤濕時間等。采用表面張力儀表征處理前后織物的表面張力變化,從而對處理效果有個定性的判斷。潤濕時間也是表征織物浸潤性一個很好的參量,其原理是將去離子水測試液滴分別滴到織物表面,觀察液滴在不同時間點的狀態(tài),并測試其在織物表面完全鋪展所需的時間。纖維表面的動態(tài)接觸角一般采用CahnBalance法測量,其測試原理為將伸直的纖維豎直地懸掛在電子平衡器一端的鉤子上,同時將一個裝有液體的燒杯放置在一個可升降的平臺上,當(dāng)液體上升時,懸掛著的纖維以恒定速度接觸液體,纖維被液體潤濕;當(dāng)液體下降時,纖維被去濕。纖維在潤濕和去濕時所受的力是不同的,據(jù)此可以測定液體對纖維的動態(tài)接觸角,如式(1)所示式中:θ為液體在纖維表面的接觸角,F為纖維在潤濕或去濕過程所受的力,γ為液體的表面能,d為纖維的直徑。3.2表面粗糙度測試雖然堿處理、電暈放電及等離子體處理和浸膠處理對滌綸織物表面形貌影響較小,但借助先進(jìn)的儀器分析手段,仍可觀測到處理前后纖維表面形貌的變化,特別是粗糙度的變化。掃描電鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)是比較常見的無機非金屬材料微觀形貌分析手段,SEM電鏡的分辨率可達(dá)3nm,AFM顯微鏡的分辨率達(dá)300nm,剛好與等離子體處理的作用范圍基本相當(dāng),可很好地再現(xiàn)處理前后纖維表面形貌及粗糙度的變化。3.3滌綸織物表面原子成分分析為獲得處理前后滌綸織物表面化學(xué)成分信息,可以采用X光電子能譜、掃描電化學(xué)顯微鏡等先進(jìn)分析測試手段對滌綸織物表面原子的結(jié)合成分和結(jié)合狀態(tài)進(jìn)行定量分析,進(jìn)而推斷處理過程對滌綸織物表面元素、成分的化學(xué)作用及反應(yīng)過程。3.4界面結(jié)合力表征判斷涂層織物界面處理效果好壞最直接而有效的方法是測試涂層織物的界面結(jié)合力,如用于輪胎簾子線界面結(jié)合力表征的H抽出力值、涂層織物的剝離強度等。4涂層織物表面活化文中在研究滌綸–TPU涂層織物界面影響因素的基礎(chǔ)上,分析得出滌綸織物表面惰性是影響該類涂層織物形成良好界面結(jié)合的瓶頸,滌綸織物表面改性是該類涂層織物獲得良好界面結(jié)合的有效措施。堿液處理和電暈放電及等離子體處理對滌綸織物表面活化效果有限,主要應(yīng)用側(cè)重于滌綸織物印染方面;浸膠處理是滌綸織物表面活化、涂層織物界面結(jié)合改善的重要技