深度解析防水涂層膠

深度解析防水涂層膠

防水涂層膠的分類方法很多，按化學結構分類主要有：

1.聚丙烯酸酯類（PA）；

2.聚氨酯類（PU）；

3.聚氯乙烯類（PVC）；

4.有機硅類；

5.合成橡膠類(如氯丁橡膠)。

 

    與溶劑型相比，水系型無毒、不燃、安全，成本低、不需回收，可制造厚涂產品，有利于有色涂層產品的生產，涂層親水性好；其缺點是耐水壓低，烘燥慢，在長絲織物上粘著較難。按涂層工藝及焙烘條件不同又有干式涂層膠和濕式涂層膠，低溫交聯涂層膠和高溫交聯涂層膠之分。此外，還有聚四氟乙烯、聚酰氨、聚酯、聚乙烯、聚丙烯和蛋白質類。目前主要應用的是聚丙烯酸酯類和聚氨酯類。按在使用上采用的介質不同分為溶劑型和水系型兩種，溶劑型具有耐水壓高，成膜性好，烘燥快，含固量低等優點，但同時又有在織物上滲透性強、手感粗硬，毒性大、易著火，需要溶劑回收裝置、且回收費用高的缺陷。干式和低溫交聯涂層膠因其涂層工藝簡單，焙烘溫度低，省力節能，它們是未來涂層織物發展的趨勢。

 

1.聚丙烯酸酯涂層膠（Polyacrylate簡稱PA）

聚丙烯酸酯類織物涂層膠是目前常用的涂層膠之一，它有下列優點：

a、耐日光和氣候牢度好，不易泛黃；

b、透明度和共容性好，有利于生產有色涂層產品；

c、耐洗性好；

d、粘著力強；

e、成本較低。

其缺點是：

a、彈性差，易折皺；

b、表面光潔度差；

c、手感難以調節適度。

    最初的聚丙烯酸酯類涂層膠屬于單純防水型產品，通過幾十年的發展，目前的品種不僅具有防水透濕，阻燃等多種功能，而且還有低溫節能的特色。聚丙烯酸酯類涂層膠一般均由硬組分（如聚丙烯酸甲酯等）和軟組分（如聚丙烯酸丁酯等）共聚而成。聚丙烯酸酯涂層的主要單體有丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯等，為了提高其防水性能，必要時可加入丙烯酰胺和丙烯腈，聚合引發劑一般用過氧化物（如過硫酸鉀等）。

 

1.1防水涂層整理劑

    此種聚丙烯酸酯類涂層整理劑最初多為溶劑型產品，其粘著性和耐水性極佳。為了提高膜的強度，常加入外膠聯劑。其適合加工柔軟的薄織物，與拼用一次，即可獲得較高的拒水和耐水壓效果。但溶劑型產品含有大量的有機溶劑如甲苯、醋酸乙酯等，使用時容易造成環境污染或發生火災，且溶劑回收費用高。溶劑型涂層整理劑合成方法主要有兩種，一種是懸浮聚合，所得產品的分子量較高；另一種是溶液聚合，所得產品的分子量低。

    為了克服溶劑型產品的缺點，水系型的聚丙烯酸酯類涂層整理劑應運而生。水系型的又分為乳液類，非皂乳液類和水溶類三種。乳液類分子量為10-500萬，粒子直徑0.05-0.2微米，含固量一般為40-60%。由于采用乳液聚合法，聚合時加入少量復合乳化劑，由于乳化劑的存在，在融結成膜過程中，一部分被擠至膜與織物之間界面，從而削弱了與織物的粘結強度，使產品的耐水壓受到一定的影響。水溶類是一種特殊的膠體分散液，是在高聚物中引入親水性官能團，能在水中呈澄清狀態，水溶類的分子量一般在10-20萬左右。另一部分被擠至膜的外表面，引起膜表面的澀滯感，造成涂層織物的手感不爽。非皂乳液類（也有稱無乳劑型）涂層劑不含乳化劑，對織物主要進行精細涂層防水整理。整理后的織物能保持原有的風格，具有柔軟的手感和很高的牢度，手感滑爽，有較高的機械性能和良好的防水效果。

    國內已有報道，以乳液聚合法合成聚丙烯酸酯超微乳液，其平均粒徑在50nm以下，外觀為半透明膠體粘液，選擇2D樹脂作為外交聯劑，用含氟樹脂進行后拒水整理，可使涂層織物獲得更高的耐水壓值和拒水性。目前國內該類產品多為外交聯型，應用時須加入交聯劑，給廠家應用帶來不便。近年國內有人對水性超微乳自交聯聚丙烯酸酯織物涂層劑的應用性能進行了研究，結果表明其性能優異，具有廣闊的應用前景。

 

1.2防水透濕涂層整理劑

    經此類涂層劑整理過的織物同時具有防水和透濕兩種功能，其防水透濕機理是依靠成膜時形成大量的微孔。這些孔隙小于2微米，能阻止水滴（平均直徑100微米），卻允許水蒸氣分子（平均直徑0.0004微米）通過，從而獲得防水透氣性。為了改善聚丙烯酸酯類加工織物的通氣透濕性，自20世紀80年代以來，日本將含有羧基，羥基，腈基等親水性基團的丙烯酸酯類共聚物溶解于水能混溶的有機溶劑中制成涂層膠，涂后經溫水處理，去除溶劑并使共聚物凝固，干燥去水使共聚物在織物上形成微孔薄膜。這種涂層膠以濕法涂層處理織物通氣透濕性良好。與干法相比，濕法涂層較為繁雜，因此開發既能干法涂層，又防水透濕的織物涂層膠勢在必行。我國于80年代中期研制出此類產品如PP-3，系由丙烯酸酯類單體乳液聚合而成。

 

1.3多功能性涂層整理劑

目前，聚丙烯酸酯涂層膠已從過去的防水透濕型產品發展到多個品種，主要包括阻燃，防風，遮陽及泡沫涂層整理劑，甚至還兼有幾種性能的多功能產品。其中又以阻燃涂層膠發展最快。研制開發阻燃涂層劑主要有兩種途徑，一種是選用阻燃性單體共聚；另一種是在聚丙烯酸酯乳液中添加阻燃協效劑和阻燃劑。

 

2.聚氨酯涂層膠（Polyurethane簡稱PU）

    聚氨酯全稱為聚氨基甲酸酯，是分子結構中含有—NHCOO—單元的高分子化合物，該單元由異氰酸基和羥基反應而成，反應式如下：

—N=C=O+HOˉ→—NH-COOˉ

20世紀70年代，德國首先合成了PU。在1950年前后，PU作為紡織整理劑在歐洲出現，但大多為溶劑型產品用于干式涂層整理。20世紀60年代，由于人們環保意識的增強和政府環保法規的出臺，水系PU涂層應運而生。70年代以后，水系PU涂層迅速發展，PU涂層織物已廣泛應用。80年代以來，PU的研究和應用技術出現了突破性進展。與國外相比，國內關于PU紡織品整理劑的研究較晚。

聚氨酯涂層劑是當今發展的主要種類，它的優勢在于：

a、涂層柔軟并有彈性；

b、涂層強度好，可用于很薄的涂層；

c、涂層多孔性，具有透濕和通氣性能；

d、耐磨，耐濕，耐干洗。

其不足在于：

a、成本較高；

b、耐氣候性差；

c、遇水、熱、堿要水解。

    PU涂層劑按組成分類有：聚酯系聚氨酯；聚醚系聚氨酯；芳香族異氰酸酯系聚氨酯；脂肪族異氰酸酯系聚氨酯。按使用上采用的介質分為溶劑類和水系類。

 

2.1溶劑型PU涂層膠

    溶劑類PU具有良好的強伸度和耐水性，但毒性大，易燃燒。從組分上來說，它還分為雙組分類和單組分類。雙組分產品由預聚物和交聯劑組成，預聚物是將異氰酸酯與低聚多元醇反應生成的末端為羥基的預聚物。交聯劑則是含有多個（三個以上）異氰酸酯基的化合物。在涂層整理時，預聚物與交聯劑反應，形成熱固性網狀薄膜，賦予紡織品優良的性能。為了達到防水透濕的效果，溶劑型涂層整理劑一般采用濕法涂層工藝加工織物。

 

2.2水系型PU涂層膠

水系型又分為水溶性和水分散型兩種。水系PU用于織物涂層整理，量大面廣。水系PU成膜性好，并有較好的防水性。

水系PU涂層膠最初采用轉相乳化法制造，但產品中含有乳化劑，對粘著性、強韌性和耐水性產生不良影響。為了解決這個問題，20世紀80年代后期，自乳化型水系涂層膠逐漸增多，其主要原理是在聚合物鏈上引入適量的親水基團，在一定條件下自發分散形成乳液。水系PU涂層膠通常用于干法涂層。為提高涂層產品的耐水性、柔軟性和耐久性，應進行前、后防水整理。

    PU大分子中含有大量的極性基團，分子間力很強，導致其具有優良成膜性，能夠在織物上形成堅韌而耐久的薄膜，拒水性良好，它還具有一定透濕性。其原因是：一方面PU中的極性基團或親水基團，如—OH，—NHCOO—，—SO3H，—COOH等的“化學階梯石”作用，使水蒸氣分子沿著階梯從高濕度一側遷移到低濕度一側；另一方面PU由軟段和硬段組成，分別形成結構中的無定性區和結晶區，由于無定性區分子鏈比較松散，結構不緊密，水分子容易進入，并遷移和擴散，從而達到透濕的目的。

 

2.3PU乳液改性

    為了提高乳液及膜性能，擴大應用范圍，需要對PU乳液進行適當的改性。目前，改性的途徑大致可分為四類：⑴改進單體和合成工藝；⑵添加助劑；⑶實施交聯；⑷優化復合[10]。其中尤以復合乳液的研究最為活躍。

 

3.有機硅（聚硅氧烷）類涂層膠

20世紀70年代，有機硅類涂層整理劑開始發展。

聚硅氧烷類化合物的主鏈由硅氧鍵連接而成，而硅原子上又接有烷基，苯基等構成的側鏈，故其具有半無機半有機的高分子結構。構成聚硅氧烷主鏈的Si—O—Si鏈的鍵角較大，原子與原子之間的距離較長，具有較大的自由度。此外，Si—O鍵長達0.193nm，這樣使得聚二甲基硅氧烷類為代表的聚硅氧烷類化合物不易發生結晶化。因此，其容易透過氧氣，氮氣甚至水蒸氣分子，用其處理后的織物具有良好的通氣透濕性。

近年來，國內關于聚硅氧烷類涂層整理劑也有研究，選用聚硅氧烷系涂層劑和聚氨酯涂層劑按一定的比例混合后涂布于織物上，得到令人滿意的防水，透濕效果。其作用機理是：防水性取決于涂層連續厚膜和聚硅氧烷的拒水作用。而透濕性能則依賴于聚硅氧烷良好的透氣性和聚氨酯分子中親水基團的“化學階梯石”作用，通過吸附－擴散－解吸方式進行傳濕。 

有機硅類涂層整理劑主要由具有活性基團的聚硅氧烷彈性體組成，在金屬鹽或有機酸鹽的作用下可以進行交聯反應。采用不同的聚硅氧烷彈性體和不同的催化劑能使涂層紡織品具有不同的性能和風格。將有機硅彈性體與其它涂層高聚物混合使用，可改善其它涂層膠的手感、透氣性和耐磨損等性能，有機硅彈性體與其它涂層膠混合是涂層加工的發展方向，很多科技工作者都集中這一領域的研究。