PVP对水性聚氨酯防水透湿涂层整理的影响

周金丽　朱梦雪　俞　霞　徐　庆

(绍兴文理学院　纺织服装学院，浙江　绍兴31200；浙江省清洁染整技术研究重点实验室，浙江　绍兴312000)



PVP对水性聚氨酯防水透湿涂层整理的影响

周金丽朱梦雪俞霞徐庆

(绍兴文理学院纺织服装学院，浙江绍兴31200；浙江省清洁染整技术研究重点实验室，浙江绍兴312000)

为优化涂层织物的防水透湿性，将自制的水性聚氨酯(WPU)乳液以及经聚乙烯吡咯烷酮(PVP)改性后的水性聚氨酯应用于涤纶纺织品涂层整理，探讨了涂层量、焙烘温度、焙烘时间、PVP用量以及分子量等相关因素对涂层织物防水透湿性能的影响.结果表明：PVP的加入，显著改善了涂层织物的防水透湿性，当PVP分子量为8 000，用量为10%时，涂层织物的静水压值为393 mmH2O，透湿量为2237 g/(m2·d)，较未改性涂层织物分别提高17%和8%，综合性能显著改善.

涂层工艺；防水透湿；PVP；水性聚氨酯

防水透湿涂层织物作为一种集防水和透湿性能于一体的功能性纺织品，目前已在服装和产业用纺织品领域获得广泛应用[1].防水透湿机理主要包括微孔透湿和无孔透湿两大类：微孔透湿主要借助于涂覆在织物表面的涂层膜所含的0.0004μm～20μm直径的大量微孔，在阻挡液态水向织物内渗透的同时，确保水蒸气分子自由通过微孔，以实现防水透湿的效果[2]；而无孔透湿是指涂层膜的表面及本体为均匀致密结构，致密的实心层使涂层膜具有防水性，但是该实心层可以通过其亲水基团与水分子间相互的热运动作用，将吸附的水分子由高湿度传递到低湿度并发生解吸[3].

水性聚氨酯干法涂层整理工艺是一种经济高效的防水透湿织物加工技术，但是目前存在防水性与透湿性难以协调的技术瓶颈.为有效改善涂层织物的防水透湿性能，本文应用自制的水性聚氨酯乳液以及经PVP改性的聚氨酯乳液对涤纶织物进行涂层整理，探讨其对防水透湿性能的影响.

1　实验部分

1.1材料、药品与仪器

材料：180T平纹春亚纺(75D，45 g/m2).

药品：异佛尔酮二异氰酸酯(工业级，拜耳公司)；聚醚210(Mn=1 000，工业级，江苏海安石化公司)；三羟甲基丙烷(分析纯，天津市永大化学试剂有限公司)、二羟甲基丙酸(分析纯，上海国药化学试剂有限公司)；聚乙烯吡咯烷酮(PVP，分析纯，上海阿拉丁试剂有限公司)；催化剂二丁基二月硅酸锡(工业级，上海国药化学试剂有限公司)；三乙胺(分析纯，江苏强盛功能化学有限公司)；丙酮(分析纯，杭州化学试剂有限公司)；增稠剂(工业级，浙江富利达丝绸印染公司)；FP-S4防水剂(工业级，上海雅运纺织助剂有限公司).

仪器：H-10K-L万能材料试验机(美国Tinius olsen公司)；PA0立式强力压染试验机，连续式定型烘干机(厦门瑞比精密机械有限公司)；MU572C涂层试验机(北京纺机所装备技术有限公司)；YG-601电脑式织物透湿仪(南通三思机电科技有限公司)；YG(B)812D-20数字式渗水性测定仪(温州大荣纺织仪器有限公司)；YG(B)541E智能式织物折皱弹性仪(温州大荣纺织仪器有限公司).

1.2实验部分

1.2.1WPU乳液的制备

将13.32 g聚醚210投入到三口烧瓶中，充入氮气，加入8.90 g IPDI，在80℃下反应1h后加入0.90 g二羟甲基丙酸、适量的催化剂和丙酮(调节体系黏度)，继续反应2 h.降温至40℃，加入0.63 g三乙胺和丙酮(调节体系黏度)，中和反应15 min.高速搅拌下加入去离子水乳化60 min.升温至55℃，加入0.89 g三羟甲基丙烷扩链、交联90 min.最后，减压蒸馏去除丙酮，加去离子水调节PVP/WPU固含量至30%左右.

1.2.2PVP/WPU乳液的制备

在乳化时加入一定量的PVP(PVP用量为相对总投料的质量百分数)和去离子水，乳化60 min，其他同1.2.1.

1.2.3拒水整理

与处理后的涤纶织物一浸一轧(FP-S4防水剂15 g/L，轧余率64%)→预烘(80℃，3 min)→焙烘 ( 170℃，1 min).

1.2.4涂层整理

在20 g自制乳液中加入1.2 g增稠剂和80 g水，充分搅拌，制得涂层浆，对拒水整理织物进行单面涂层，100℃预烘3 min，140℃焙烘1 min.

1.3性能测试

1.3.1静水压

参照GB/T 4744-1997《纺织织物抗渗水性测定静水压试验》测定，静水压数值大小表示织物防水性能的优劣.

1.3.2透湿性

参照GB/T 12704.1-2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第1部分：吸湿法》测定透湿量数值表示织物透湿性能的高低.

1.3.3折皱回复角

采用YG(B)541E 智能式织物折皱弹性仪对整理织物折皱回复角进行测量，急弹回复角15 s后测量，缓弹回复角5 min后测量，每块织物折皱回复性测试5次，并取其平均值.

1.3.4硬挺度

采用LLY-01电子硬挺度仪对涂层织物硬挺度进行测定，测试3次.硬挺度数值越小，织物柔软性越好.

2　结果与讨论

2.1未改性涂层整理技术研究

使用自制的水性聚氨酯乳液对涤纶织物进行涂层整理，探讨涂层量、焙烘温度及焙烘时间等工艺因素对涂层织物防水性和透湿性的影响.

2.1.1涂层量

涂层量即涂层厚度，是直接影响涂层织物性能的重要因素.涂层量过少，涂层胶在织物表面难以形成连续均匀的涂层膜，织物的静水压降低，防水性差；涂层量过多，在织物表面形成的薄膜厚，织物静水压提高，但透湿量下降，同时可能会导致涂层面不易烘干，成膜不好[4].固定焙烘温度为140℃，焙烘时间60 s，通过改变涂层机左右压力调节涂层量，实验结果如图1所示.

图1　涂层量对涂层织物防水透湿性能的影响

由实验可知，当涂层量为25 g/m2时，静水压为369 mmH2O达到最大，而当涂层量为20 g/m2时,透湿量达到最大，为2 066 g/(m2·d).因此涂层量控制在20～25 g/m2较为合适.选择涂层量为20 g/m2进行下一步实验.

2.1.2焙烘温度

控制涂层量20 g/m2，焙烘时间60 s，改变焙烘温度，研究焙烘温度对涂层织物防水透湿性能的影响，其结果如图2所示.

由图2可知，涂层织物的静水压值随着焙烘温度的升高呈现先上升后降低的趋势.焙烘温度直接影响到涂层胶成膜性与涂层织物之间的结合程度.当温度较低时，涂层剂不能很好地交联成三维网状膜结构，当温度过高时，涂层剂结构会遭到破坏[5].焙烘温度为140℃时，静水压值和透湿量达到最高，故后续实验选择焙烘温度为140℃.

图2　焙烘温度对涂层织物防水透湿性能的影响

2.1.3焙烘时间

在涂层整理过程中，焙烘时间会对涂层胶成膜与织物之间的结合程度有一定的影响.改变焙烘时间，研究其对涂层织物防水透湿性能的影响，结果如图3所示.

由图3可知，焙烘时间的延长对涂层织物的透湿量和静水压值影响较小，且焙烘60 s时，涂层膜不发黏，因此，选择焙烘时间为60 s进行下一步实验.

图3　焙烘时间对涂层织物防水透湿性能的影响

2.2PVP改性涂层整理技术研究

2.2.1PVP用量对涂层整理的影响

采用分子量为8 000的PVP改性水性聚氨酯乳液制备不同PVP含量的PVP/WPU乳液，按2.1所得涤纶织物优化涂层整理工艺，探讨PVP用量对涂层织物防水透湿性能和其他织物性能的影响，其结果如图4和表1所示.

由图4可知，随着PVP用量的增加，涂层织物的透湿量同步增大，静水压值则呈现先增大后减小的趋势.原因为PVP有极强的吸湿性和保水性[6]，PVP的加入显著改善了聚氨酯膜的透湿性能，因而透湿量得以提高.同时可以看出，PVP的加入并没有显著降低涂层织物的防水性能，当PVP用量从0增加到10%时，静水压值由336 mmH2O提高至393 mmH2O，其原因是PVP与聚氨酯形成互穿网络结构[7]，改善两者之间的相容性，防水性得以改善.但继续增加PVP用量，PVP与水性聚氨酯之间相分离程度加剧导致涂层织物的防水性变差.

由表1可知，随着PVP用量的增加，涂层织物的硬挺度开始降低，随后出现增大，涂层织物的手感变差.急弹回复角和缓弹回复角减小，抗折皱性能变差.

图4　PVP用量对涂层织物静水压值和透湿量的影响

表1不同PVP用量对涂层织物相关性能的影响

PVP用量(%)硬挺度(cm)急弹回复角(°)缓弹回复角(°)03.40107.90146.44102.8796.35134.13202.9995.08131.84303.1186.91125.26403.4383.08116.87

注：急弹回复角为15 s后的角度，缓弹回复角为5 min后的角度.

根据实验结果，宜控制PVP用量为10%较合适.

2.2.2PVP分子量对涂层效果的影响

在PVP加入量为10%的条件下，改变PVP的分子量，实验PVP分子量对涂层织物性能的影响，结果如表2所示.

由表2可知，随着PVP分子量的提高，涂层织物的静水压值显著降低，防水透湿性能变差.但透湿量增大明显.推测原因可能是高分子量的PVP与聚氨酯相容性差，因而防水性下降，透湿量增加.由表2还知，PVP分子量由8 000提高至1 300 000，涂层织物的手感和抗折皱性能变差.

根据以上分析，选择PVP分子量为8 000较为合适.

表2PVP分子量对涂层织物相关性能的影响

PVP分子量静水压(mmH2O)透湿量[g/(m2·d)]硬挺度(cm)急弹回复角(°)缓弹回复角(°)033620663.40107.90146.44800039322372.8796.35134.132400033923103.1692.10131.04130000028023953.1989.25128.38

3　结论

(1)采用自制水性聚氨酯按照涂层量20 g/m2、焙烘温度140℃、焙烘时间为60 s的整理工艺，所得涂层织物的静水压值为336 mmH2O、透湿量为2 066 g/(m2·d)、硬挺度为3.40cm、急弹回复角为107.90°、缓弹回复角为146.44°.

(2)使用分子量为8 000的PVP对水性聚氨酯进行改性后对涤纶织物进行涂层整理，控制PVP的用量为10%，能有效改善涂层织物的防水透湿性能，涂层织物的静水压值为393 mmH2O、透湿量为2 237 g/(m2·d)，相比未改性涂层织物，分别提高17%和8%，整理织物的手感较佳，但是抗折皱性有所下降.

[1]周金丽．丝素改性防水透湿织物涂层技术研究[D]．杭州：浙江理工大学，2013．

[2]LOMAX G R. Coated Fabries: Part 1-lightweight breathable fabrics[J]. Joumal of coated fabrics，1985，15:115-127.

[3]SCHLEDJEWSKI R，SCHULTZE D，IMBACH K P．Breathable protective clothing with hydrophilic thermoplastic elastomer membrane films[J]. Journal of Industrial Textiles,1997,27(2):105-114.

[4]王慧玲．多功能涂层织物的研究[D]．青岛：青岛大学，2007.

[5]郑今欢，钟幼芝，邵建中，等．纳米抗紫外防水涂层织物的研究[J]．印染，2005，31(17)：7-11．

[6]崔英德,易国斌,廖列文．聚乙烯吡咯烷酮的合成与应用[M].北京：科学出版社,2001.

[7]STEPANENK L V，BROVKO A A，et al．Preparation and properties of blends of ion-containing polyurethane with polyvinyllpyrrolidone[J]．Zhurnal Prikladnoi Khimii，2004，77(3)：488-492(5)．

(责任编辑鲁越青)

The Effect of PVP on Waterproof and Moisture Permeable Coating

Zhou JinliZhu MengxueYu XiaXu Qing

(School of Textile Engineering and Apparel Design, Shaoxing University, Shaoxing, Zhejiang 312000;Key Laboratory of Clean Dyeing and Finishing Technology of Zhejiang Province, Shaoxing University, Shaoxing, Zhejiang 312000)

In order to improve the waterproof and moisture permeability of coating fabrics, waterborne polyurethane (WPU) emulsion and polyvinylpyrrolidone (PVP) modified WPU were prepared and applied in polyester coating. The effect of coating weight, curing temperature, curing time, the dosage and the molecular weight of PVP upon waterproof and moisture permeability was investigated. The results show that waterproof permeability can be remarkably improved by adding PVP. When the molecular weight of PVP is 8000, the dosage of PVP is 10%, the value of water pressure resistance of coated fabric is 393 mmH2O and the moisture permeability is 2237 g/(m2·d), the value of water pressure resistance and moisture permeability rises by 17% and 8% respectively compared with the only WPU coated fabrics, which significantly improves the properties of coating fabrics.Key words：coating technology; waterproof and moisture permeability; PVP; waterborne polyurethane

2015-12-29

绍兴文理学院校级项目“PVP改性水性聚氨酯涂层剂的制备及其应用”(编号：2013LG1011).

周金丽(1987-)，女，浙江余姚人，助理实验师，主要研究方向:生态纺织染整技术.

10.16169/j.issn.1008-293x.k.2016.08.15

TS 195.2

A

1008-293X(2016)08-0082-04