聚氨酯涂层棉织物性能研究yd20712

那英1 杨福斌1 陈运能2      1.宁波市纤维检验所，浙江宁波，315048；2.浙江纺织服装职业技术学院，浙江宁波，315211

收稿日期：2017-02-14

基金项目：浙江省质量技术监督系统科研计划(20160344)

作者简介：那英(1987-)，女，工程师；杨福斌，通信作者，高级工程师，wacheung@126.com

原载：棉纺织技术2017

 

【摘要】研究不同质量分数聚氨酯涂层棉织物的性能变化。利用表面涂覆和水相分离原理，制备了几种不同质量分数聚氨酯涂层织物；利用扫描电子显微镜，表征了几种织物的结构形貌；通过水接触角仪和透气、摩擦试验评价了聚氨酯涂层对棉织物疏水性、透气性和耐磨性能的影响。结果表明：聚氨酯质量分数由8%提高到16%，织物表面聚氨酯的成膜性逐渐增强，织物与水接触角可达到约109°，织物透气性降低，但耐磨性能显著提高。认为：聚氨酯涂层可以改善棉织物的性能。

【关键词】棉织物；聚氨酯；疏水性；透气性；耐磨性

【中图分类号】TS106.5  文献标志码：B  文章编号：1000-7415(2017)06-0034-03

 

1  问题的提出

棉纤维是由基原纤、微原纤和巨原纤等多层级微细结构组成的天然材料。棉纱和棉织物都具有优良的吸湿排汗性能，但同时棉织物易发霉、疏水性差等限制了其在纺织服装领域的广泛应用。如何有效改善多层级、多孔隙棉织物的不足，已成为目前纺织服装领域开发和研究功能性棉织物的热点和重点[1-3]。其中，涂层整理法是在织物表面均匀涂一层高分子薄膜，使织物具有功能性特点的方法[4]。该方法的优点在于简单方便，但存在的问题是高分子与织物之间结合牢度差，易脱落。因此，选择合适的高分子材料，探究高分子涂层对纺织纤维结构、性能的影响是当前纺织纤维改性和功能化的研究关键。

聚氨酯(也即polyurethane，以下简称PU)涂层具有抗张强度高、弹性好和两亲性等性能，是一种高品质的涂层材料[5-10]。PU是一种软、硬段结构交替组成的嵌段共聚物，其中软段中亲水性等极性官能团使得PU膜具有透湿性和高弹性，而硬段又具有疏水性，具有阻水、防水的作用。因此，系统地研究PU作为涂层材料对纺织纤维结构、疏水性、透气性以及耐磨性的影响，对其在纺织领域的应用具有重要价值。

本文选择成膜性好的聚醚型疏水PU作为涂层原料，利用液-液相分离原理，通过物理涂层的方法在织物表面获得了一种微孔型PU膜，重点探究PU溶液质量分数对棉织物表面的成膜规律，分析PU涂层对棉织物的疏水性、透气性和耐磨性的影响。

2  试验材料与方法

2.1  试验材料

试验用棉织物为纯棉漂白机织物；R185A型聚醚型PU，分析纯N，N—二甲基甲酰胺(以下简称DMF)，外购；离子水由实验室Milli-Q Reference型超纯水仪制备。

2.2  PU涂层织物的制备

首先在干燥环境下，称取一定量聚氨置于60 ℃恒温的DMF溶剂中溶解至均相溶液，分别配置质量分数8%、12%和16%的PU溶液，密封保存待用。取清洗后的棉织物(10 cm×10 cm)于100 ℃下烘干15 min后，将其平整地固定在干燥、洁净的玻璃板上；然后将配置好的溶液置于织物上边缘，用刮刀匀速一次性涂膜后，迅速将玻璃板水平浸渍于去离子水中，利用PU水相分离的原理，即可在织物纤维表面形成聚氨酯膜。通过上述过程，分别在棉纤维织物表面制备不同质量分数的PU涂层。

2.3  结构与性能表征

利用S4800型扫描电子显微镜对PU膜及其涂层棉织物的表面形貌观察分析；通过OCA20型接触测量仪测试PU涂层棉织物表面水接触角的变化，每块样品选三个位置，测量结果求平均值，其中测试的液滴体积为2 L。使用YG461E-I型数字式透气量仪对涂层前后棉织物表面透气性进行测试，其中选用自动式测量方式，根据织物透气率的变化自动选择不同的喷气嘴直径，每个样品在不同位置测5次，求平均值；根据GB/T 4802.2—1997《纺织品 织物起球试验 马丁代尔法》，利用YG522型织物耐磨仪，施加250 N负荷，对所得织物摩擦1 500次后用SEM观察织物表面的形貌变化。

3  结果与讨论

3.1  PU涂层棉织物的表面形貌及厚度

不同质量分数的PU溶液在棉织物表面形成的PU涂层表面形貌结构如图1(a)～图1(c)所示。由图1(a)可见，当PU溶液质量分数为8%时，PU只存在于棉纤维间的孔隙，成膜性较差；逐渐增大PU溶液质量分数为12%时，即可在织物表面形成连续性较好的多孔PU膜，其孔径大小约2 μm，膜的孔隙表现为层层叠加又相互贯通；继续增大PU溶液质量分数到16%，棉织物表面保持多孔性结构，PU膜弯曲覆盖了织物表层；由图1(d)可以看出，涂层织物厚度随PU溶液质量分数的增加逐渐增大，质量分数为16%的PU涂层棉织物，其厚度较原棉织物增加了约260 μm，较质量分数为12%的PU涂层织物增加了约80 μm。多孔性PU涂层的形成与成膜过程中的液-液相分离相关，因为当聚氨酯的均相溶液与非溶剂水接触，溶剂和非溶剂在接触界面发生交换，会使液-液相分离形成大小不一的孔径。

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(a)质量分数为8%的PU涂层棉织物

(b)质量分数为12%的PU涂层棉织物

(c)质量分数为16%的PU涂层棉织物

(d)几种织物厚度

图1 几种PU涂层棉织物表面形貌与厚度

3.2  PU涂层棉织物表面的疏水性

受棉织物表面多孔结构以及表面杂质(如油脂、灰尘、纱线毛羽等)的影响，本文所使用的织物试样水接触角约62°。随着PU质量分数由8%增加到16%，PU涂层棉织物的疏水性显著提高。结果显示：质量分数为8%的PU涂层棉织物表面水接触角略高于原棉织物，仅68°±0.5°，且水滴瞬间渗入织物内部，其原因在于PU膜仅存在于棉纤维之间，并未形成连续膜结构；当PU质量分数增加到12%时，棉纤维表面织物层层叠加的PU膜显著提高了织物的疏水性，其水接触角达到104°±0.7°。同时，相互贯通的多孔且均匀覆盖的PU涂层，使得水滴在其表面可以保持较长时间后才渗透扩散。继续增大PU质量分数到16%，PU涂层已经完全覆盖棉织物表面，其水接触角最高达109°±0.5°，且保持长时间不渗透。总之，PU涂层的加入可以提高织物的疏水性，当涂层厚度达到一定程度后，其疏水性将即达到最佳。

3.3  PU涂层棉织物的透气性与耐磨性

鉴于质量分数为8%的PU涂层棉织物结构不均匀，而质量分数为16%的PU涂层棉织物手感僵硬，不符合织物的服用舒适性能要求。本文对质量分数为12%的PU涂层棉织物进行了透气性和耐磨性测试。在压强100 Pa，喷气嘴直径0.8 mm条件下测得质量分数为12%的PU涂层棉织物透气性均值为26.19 mm/s±1.93 mm/s，相比原棉织物的48.57 mm/s±1.82 mm/s，降低了约46%，其原因在于棉纤维表面的PU膜阻碍了气体分子向织物内部扩散。

原棉织物和质量分数为12%的PU涂层棉织物在织物耐磨仪上分别摩擦1 500次后的结构形貌如图2所示。

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(a)原棉织物

(b)质量分数为12%的PU涂层棉织物

图2 两种棉织物摩擦1 500次后表面形貌

由图2可见，原棉织物经1 500次摩擦后出现了杂乱无章的短断纤维，部分纱线解体，且宏观表现为织物出现裂口；质量分数为12%的PU涂层棉织物被摩擦1 500次后，PU膜结构被破坏，部分膜脱落，少量纤维暴露在织物表面。可以得出，质量分数为12%的PU涂层棉织物在一定程度上降低了织物的透气性，但提高了织物的耐摩擦性能。

4  结论

本文通过物理刮膜法，以水为致孔剂，在多孔隙棉织物表面得到微多孔PU涂层棉织物。随着PU溶液质量分数的增加，PU在棉织物表面的成膜性越来越好，但质量分数过大，膜在织物表面厚度增大，织物的手感和适用性显著降低；微孔PU涂层附着于织物表面，微孔间相互贯通呈层层叠加状分布，提高了织物表面的疏水性，水接触角可达到109 °±0.5°，且水滴可以长时间保留在织物表面而不消失；由于PU涂层对气体分子向织物内部扩散的阻碍作用，涂层织物的透气性显著降低，但提高了棉织物的耐摩擦性能。

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