织物涂层整理研究

薛迪庚  北京纺织科学研究所

原载:染整涂层及其他整理学术论文、资料选辑/1990

 

提要

    从微观角度来看,织物涂层薄膜可以看作是一个空间。利用这个空间容纳一些具有特殊功能、但又不能与纤维反应的物质,从而开发具有功能的涂层织物产品。本文讨论了涂层剂的组合与性能,闪光防风涂层织物——密克丁的设计和生产。

 

一、综述

  织物涂层是近代一种纺织品表面整理技术。这种产品加工方式与一般印染厂的生产有所不同。主要区别是:

  1、处理只是单面。所以不采用印染生产传统的浸轧方式;

2、涂层后不经水洗即为成品,所以基本上没有污水排放;

  3、染色与涂层可以同液一步进行,不仅效率高,而且生产简便;

  4、对基布不要求有渗透性。所以可用原布直接加工,省却复杂的前处理加工(如果要生产双色涂层织物,则必须经正常的印染加工至成品,然后经拒水整理后涂层);

    5、无论是涂层还是染色(涂料),基本上不受纤维种类的限制;

    6、由于工序少、流通快,所以成本较低。

    从发展眼光来看,目前纺织产品的结构是由纤维单一材料组成,当涂层增加到一定数量时,可认为涂层织物是由纤维与高分子物质两元复合物。这样的面料就兼有两者的优点,收到取长补短的效果。例如纯棉织物,价格便宜、穿着舒适,但外观"贫乏"、容易起绉。涂上高分子材料后外观丰满、弹

性好、手感佳,提高了使用价值。另方面从微观角度来看,织物上的涂层可以看作是一个空间。在这空间中可以容纳一些具有特殊功能、但又不能与纤维反应固着的物质,这样就可以开拓一些新型的、具有特定功能的产品。由此可以扩大纺织品的应用范围,不再局限于传统的领域。

涂层织物在国外发展较早,产品也多[5,6]。根据统计,近年来涂层剂的消耗量,以重量来计算已达到总的纺织助剂量的50%左右,如以金额来计算则为30%以上。在这方面,我国起步较晚,而纺织工业又晚于轻工业,又由于国内具体环境条件,此类产品迄今尚未形成大类品种生产,这与原来的计划差距甚远,前几年国内掀起涂层热,实际上只是"热"于进口涂层设备,而对我国涂层的产品与原料等缺乏全面的分析,以致工作陷于被动。

 

二、涂层剂

    根据现实情况,我们对开发首批涂层织物的设计思想是,

1、  织物表面一定要有特殊的视觉效果或功能,足以吸引

顾客;

2、层剂供应有渠道、价格较低、生产厂有利、消费者买

得起;

    3、可以利用一般常规设备。稍加调整就能生产。这样可以减少投资,加快开发速度;

    4、可以使用各类基布,不仅印染厂可以生产,其他如纺织厂、针织厂、单织厂、鞋帽厂也能生产,

    5、根据国内消费水平应有较好的使用牢度。

    根据以上设想,采取的技术手段为,

    1、目前进行织物涂层的高分子物质很多,但主要的有PA聚丙烯酸酯和PU聚氨基甲酸酯类两大系列。以性能而论,PU明显优于PA,但以成本及供应来衡量,PA较为现实。我们确定目前采用PA作为涂层剂主体,在这基础上尽可能研究改善PA的缺点。

    2、PA类涂层剂除成木较低,国内能够供应等优点外,这种涂层剂成膜性和共容性较好、透明度高、耐气候性强、不易泛黄。目前此类国外产品很多,一般均以硬组分与软组分构成,硬组分原料主体为丙烯酸甲酯,软组分则为丙烯酸丁酯。这种传统的组合很难在手感粗硬与发粘之间求得平衡。[1]。一般只好借助于助剂补尝,这样实际上增加了成本。

    3、我们通过反复实践与验证,开发一种Milktin MVF/S的涂层剂,它是多元丙烯酸酯(包括衍生物)共聚和复配的组成物,尤其舍弃了以丙烯酸丁酯为主体的软组分,这样对发粘问题有所改善。

    4、为了减少环境污染,消灭火灾隐患和回收投资,我们不采用溶剂(如二甲基甲酰胺、丙酮、乙酸丁脂、二甲苯等)型涂层,因此Milktin MVF/S系水相乳化体,除具有无公害、无排放、无火灾隐患的优点外,适合印染厂以水为介质的传统生产方法。

    5、考虑到生产涂层织物工厂的经济效益,只有减少环节,涂层剂自制自用。Milktin MVF/S制造简单,适应生产工厂

自制,对印染厂来说,一般不需要在设备上投资。

    6、为了适合我国国情,提高产品的使用牢度,在Milktin MVF/S中含有反应基团,它能与纤维素纤维起交联反应,因此这种涂层不是单纯的复盖。

    7、选择具有特种功能的固体微粒与Milktin MVF/S配伍,以达到具有特定功能的涂层织物。通过系统的试验,首先确定一种闪光防风涂层织物,它的商品名称为密克丁(Milktin)。

    8、Milktin MVF/S系硬组份Milktin MVF与软组份Milktin F/S拼组而成。它的主要理化性能为;

    (1)流变性

   应用RV-I型旋转粘度计对MVF/S进行流变特性试验,得其流变曲线(图1)。

     

可以看出MVF/S属非牛顿流体,其表观粘度随切变速率的增加而减少,而且影响很大。因此,在正式生产时,应根据涂布设备所施加切变(应)力的大小来调制浆液的粘度。如切变应力小的涂布方式,涂层浆可配得稀些。体系的粘度随MVF与F/S用量比的变化而变化,当MVF或F/S用量增加(如图中MVF/S=70/30或30/7O),都会引起粘度的增加,而以F/S用量的增加,粘度值增加更为显著,表现在流变曲线位置的上移 (图中曲线1)。从三组流变曲线的陡度看

出,若MVF与F/S的用量比相差越大,涂层浆的机械性质变差,表现在低切变力下,即便很小的切变速率变化,就引起粘度的大幅度变化,以致在生产时不易控制。试验证明MVF/S采用55/45较为合适。此类涂层浆的粘度随温度的变化并不敏感,在通常室温(15-25)条件下放置,比较稳定,在冬天

可放置8小时;但在夏天,最好现配现用。

    (2)交联反应与成膜原理

    MVF/S中含有下列反应性基团,能与纤维素发生下列交联反应,

    

    因此,MVF/S有较好的使用牢度。MVF/S的成膜原理及涂层织物结构如图2所示,MVF/S在织物上成膜分四个过程,

      

2  MVF/S成胰原理及涂层结构

                   注;水;MVF/S

    MVF/S涂在织物上,MVF/S微粒完全被水所包围;

随着水份蒸发,MVF/S微粒之间距离靠近;

   随着水份继续蒸发,MVF/S微粒之间以及MVF/S与纤维素之间发生部分交联;

   水份蒸发后,MVF/S微粒间及MVF/S与纤维素间充分交联成漠。

    (3)膜性能

    通过将MVF/S刮涂在聚四氟乙烯板上,自然晾干后,取下薄膜,分别作各种试验,得其膜性能(表1)。从表l可知,MVF/S可形成无色半透明薄膜。此薄膜的粘着力、软硬度、拉伸性及耐温性良好。焙烘前不耐碱洗,在lN NaOH或Na2CO3溶液中会发生水解,溶于水,焙烘后耐碱洗性能良好。

l  MVF/S膜性能

涂层剂

外观

成膜性

粘性

软硬度

拉伸性

耐温性**

耐碱性***

焙烘前

焙烘后

MVF

乳白

易成膜

有一定粘性

稍硬

拉伸性小

稍泛黄

不耐碱

不耐碱

F/S

无色透明

易成膜

粘性大

易拉伸

稍泛黄

有一定耐碱性

耐碱

MVF/S*

无色半透明

易成膜

粘性大

易拉伸

稍泛黄

不耐碱

耐碱

 注:*MVF/S-(55/45)**耐温性-(1802分钟) ***耐碱性-(IN NaOH或Na2CO3溶液)

    (4)反应性能及其固化温度

    通过热分析可了解MVF/S的反应性能及固化温度范围,从而为确定涂层工艺条件提供理论依据。图3是MVF/S膜差热分析曲线。

      

3   MVF/S=55/45的DTA曲线

    由图3可看出MVF/S在26附近出现一吸熟峰,然后随着温度升高。曲线也不断上升。这说明体系始终表现出放热反应,即官能团不断消耗,官能团之间不断发生交联反应;到150-180时,曲线呈现平坦区,说明官能团已基本消耗,交联反应趋于完成;当温度超过180时,曲线又急剧上升,再次出现放热反应,这可能是体系中发生了氟化反应所致。从热分析结果可知,MVF/S属于高温型涂层剂,固化温度在

15O-l80之间为宜。

    Milktin MVF/S商品有关数据。

    外观,乳白色粘性流体,粘度,300OCP以上,pH4-5,成本,0.6万元/吨(1987年核算)。

 

三、涂层织物加工

    密克丁闪光防风涂层织物,因为它的外观为银河(MiIk river)状的闪光点,这种涂层织物系用Milktin MVF/S与微型闪光固体和涂料配伍形成两相混合的涂层剂涂布而成。

纺织品上采用的闪光物质通常为银粉(铝粉),这种物质为多面体,入射光线呈漫散后射进入视角较少,因此闪光效果较差。微型闪光固体系扁平体,厚度与长度控制在1︰50~70的范围,凡入射光线均呈定向反射。当视角与反射光呈同一平面时,光线能够全部进入人眼,当反射光与视角不处在同一平面时,反射光线没有进入人眼。这样有强烈的反差,足以形成鲜明的闪光效果。

为了达到更好的闪烁效果,还要加工金属扁平体,使它的比重与涂层液相近,由于粘性的因素等,可以使大部分金属扁平体呈多层次的水平状态排列,如图4(一般用于金银粉印花的金属微粒比重往往小于印花浆,所以呈浮集在表面状态,不仅不能着色。而且无闪烁效果)。由于入射光线到达各种金属扁平体的距离不一,因此反射光线的强度亦有差异。当人们穿着时织物表面为动态,入射光线的方向亦随之改变,因此可以产生强度不一和方向不同的光芒的反射,

称作Flop效应。

    

         涂层中金属片系闪光扁平固体

    闪光扁平固体系金属制成,为了不使日久产生变化,必须进行用透明物质包膜,以抵抗氧化、还原、酸蚀等作用。另方面,高分子的聚合体亦必须选择透明度较好的组合,以减少光强损失。

    (一)密克丁的生产工艺和设备

    涂层液的配制:

    Milktin SS(金属扁平体)    4

    有色涂料                  1

    Milktin MVF/S             95

                             100

    用时根据车速、产品要求、基布等情况,可加水调整粘度。

    a.薄型涂层织物,增重20-30%

      基布,原坯织物

适用工厂;纺织厂、单织厂、针织厂、

                印染厂、鞋帽厂等。

      涂层方法;圆网涂布,先经刷毛、烫平予处理

      应用方面;牛仔服装、茄克衫、鞋帽、包、背包、帐蓬、家俱布等。

    b.厚型涂层织物,增重50-80%

      基布;原坯织物

      适用工厂;鞋帽厂、乡镇企业。

涂层方法;平网涂布

应用方法;鞋帽、箱包等。

基布举例;涤/棉细纺45×45  100×96

                纯棉帆布  16/2×20/2  53×37

      工序排列;

    刷毛、烫平或轧光(注:避免由于纱结、拖纱等造成白点、白道等疵点)园网涂布(网目;60)或平网(网目;60-80)涂布予烘焙烘(180l分钟)成品。

    c.双色涂层织物

    基布;印染加工后成品

    适用工厂;印染厂

    涂层方法;刮刀或园网涂布,先经拒水整理。

    应用方面;风衣、茄克衫等。

    基布举例,有色涤/棉防水线绢45/2×45/2 101×55

    工序排列;

    刮刀涂布予烘焙烘(180l分钟)成品。

    设备组成;

    涂层机(刮刀式或园网印花机)红外线予烘设备定形机(热风拉幅机)。

    (二)成品质量水平

    a、b原坯涂层类,

    (1)摩擦,

    干摩;闪光体4-5级  色泽 3-4级

    湿摩;闪光体4级  色泽3级

    (2)皂洗(30)

                          

    闪光体   3级     4-5级    4-5级

         3级     4-5级    4-5级

    (3)刷洗(60)褪色

    闪光体         3级

               4级

(4)透气量,3060-3240公升/米2·(相当5.10-5.40毫升/厘米2·)

d. 双色外衣面料类

由南通市产品质量监督检验所测定[2]

(1)摩擦

                 标准        实际

        干摩     2-3          3-4

        湿摩     2            2-3

  (2)刷洗

                 标准         实际

                 2-3          2-3

    (3)其他(略)

    检测结论;该产品经抽样检测,质量符合标准《DB/3206 W12-87》一等品要求,产品合格(1987/9/23)。

  耐寒性

    一般认为PA类涂层不耐高寒,我国大部分地区最低温度在-2O以上,为了检查密克丁织物的使用地区范围,1987年1月专程到正值严寒季节的哈尔滨市,将织物放置在户外过夜,当时温度为-33。早晨检查织物除稍硬外,未发现涂层有龟裂现象。

    (三)1987年生产成本核算

    a.基布为涤/棉细纺原坯(45×45 100×96)的涂层品种    (1)涂层剂成本(元/公斤)

    Milktin SS       l.48

    涂料           0.045-0.25

    Milktin MVF/S    5.70

    合计           7.225-7.43

                      (含固量;约45%)

    (2)每米(1×1.06米2,以下同)消耗涂层液200克,折价为1.45-1.49元(平网印花机涂层)。

    (3)成本计算(元/米)

    坯布          1.62

    涂层剂       1.45-1.49

    印染工费      0.15

    合计        3.22-3.26

    (4)出厂价格(元/米)4.30

    (5)毛利(元/米)1.04-1.08

    b,基布为纯棉白帆布原坯(16/2×20/2 53×37)涂层(增重21.59%)产品

    (1)每米(1×1.15米2,以下同)消耗涂层剂136克,折价为0.44-0.45元(园网印花机涂层)。

    (2)成本计算(元/米)

    坯布             2.30

    涂层剂       0.98-1.01

    印花工费        0.15

    合计         3.43-3.46

    (3)出厂价格(元/米)4.50

    (4)毛利(元/米)1.04-1.07

    c.双色防水涤/棉线绢(45/2×45/2 101×55)由南通印染厂核算[3]。

    (1)防水涤/棉线绢印染成品成本计算(元/100米,每米实际为1×0.915米2,以下同,用刮刀涂层)。

    原坯           212.77

    染化料       13.49-34.34

    包装料          0.60

    原材料成本   226.86-247.71

    印染工费         15

    工费利润(65%)    9.75

    合计          253.88-274.94

    (2)双色涂层产品(元/100米)

    有色防水涤/棉线绢   253.88-274.94

    副次品差价           0.9154

    涂层加价              26.90

    合计             281.60-302.76

    (3)出厂价格(元/100米)

                    324.20-347.20

    (4)印染与涂层相加毛利(元/100米)

    印染               9.75

    涂层           42.60-44.44

    合计           52.35-54.19

 

四、市场

    密克丁产品自1987年初先后由北京纺织科学研究所、南通印染厂、南通服装研究所成都印染厂、北京帽厂、东单鞋厂、北京皮件二厂设计与生产织物、各类服装、鞋帽、包、背包等。织物产量在五万米以上。由于产品外观别致、光彩夺目、晶莹可贵、华雍大方、价格合理,受到广大消费者欢迎,其中双色风衣和茄克衫可两面穿着,背包外表新颖,夏天与身体接触无不舒适感觉而博得好评。不仅在国内有许多工厂来所洽谈技术转让事宜,而且也受到国外重视,例如加拿Candev lnternational Inc.,Stedfast Inc.(Granby),Consoltex Inc.,Mens and Boys Leather-Wear Sport-Wear Co.等公司都与我所订立了合作协议。尤其是Mens and Boys Leather-wear Sport-wear Co.是专做茄克衫、运动衫的工厂,对密克丁尤其感到兴趣。用这种面料专门制作摩托车服,在日光下高速行驶时,骑车人穿着后能发出强烈的光芒,标志十分鲜明。

 

五、体会

1、通过密克丁织物的研究与生产,说明开发我国短纤织物的涂层产品必须适合国情,主要考虑的因素是,(1)产品要具有吸引性;(2)价格适合、消费者愿意接受;(3)生产工厂有利可图;(4)原料立足国内能够自给;(5)产品有较好的牢度;(6)无公害;(7)生产简单、流通快;(8)可以利用大部分现有设备生产,尽量减少投资。

    2、以多元PA聚合物水相乳液、闪光体、涂料和交联剂等组成的两相涂层剂,可以满足生产及达到产品的设计要求。

    3、密克丁织物只是涂层织物的一种产品,根据相同原理开发其他功能产品。例如;遮阳、阻热、电致增温和仿雪磨牛仔布等涂层织物。

参考文献

[1]"1986年西德波美公司在京技术座谈资料"

[2]"南通市产品质量监督检验所测定报告(1987)"·

[3]"南通印染厂涂层产品研究报告(1987)"

[4]"成都印染厂涂层产品研究报告(1990)"

[5]《加工技术》,(日),20,11(1980)

[6]《加工技术》,(日),9,10(1980)

*参加本项研究的还有宋霞同志