紫外光固化密胺樹脂的合成及涂層織物性能測試

張 思， 吳 敏

(1. 生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122； 2. 江南大學(xué) 紡織服裝學(xué)院， 江蘇 無錫 214122)

隨著人們對織物功能需求的不斷增加，紡織整理中各種功能紡織品開發(fā)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其中紫外光(UV)固化是一種新型的成型加工技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的熱焙烘成型加工模式，效率更高、更環(huán)保，縮短了產(chǎn)品的研究開發(fā)周期。目前，國外已利用UV固化技術(shù)初步開展織物涂層的研發(fā)工作，對棉、聚酯、錦綸等纖維及織物進(jìn)行表面改性，以達(dá)到防水、拒油和防污整理，國內(nèi)光固化體系在織物整理方面應(yīng)用相對較少[1-2]。

密胺樹脂(又稱三聚氰胺樹脂)是一類含有剛性三嗪環(huán)和氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)綜合性能優(yōu)異的高分子材料，固化后無色透明，具有耐熱、耐水、耐老化和優(yōu)異的力學(xué)性能[3-4]。在沸水中穩(wěn)定，甚至可在 150 ℃ 使用，是當(dāng)前應(yīng)用最廣也是成本最低的材料之一[5]。但密胺樹脂屬于熱固性樹脂，需加熱至 130～150 ℃ 方可固化，且固化速度慢，在紡織中應(yīng)用較少[6]。本文選用甲醚化密胺樹脂作為反應(yīng)原料，利用丙烯酸羥乙酯進(jìn)行改性，得到UV固化的密胺樹脂，改善了樹脂的固化過程，且產(chǎn)物中不含甲醛分子，并將其運(yùn)用到滌/棉織物表面，為密胺樹脂在織物整理領(lǐng)域中的應(yīng)用提供參考。

1 實驗部分

1.1 實驗材料與儀器

滌/棉(65/35)織物，經(jīng)、緯向密度分別為500、380根/(10 cm)。甲醚化密胺樹脂(HMMM)，低聚物，工業(yè)級；丙烯酸羥乙酯(HEA)，工業(yè)級；對甲苯磺酸，催化劑，分析純；對羥基苯甲醚，阻聚劑，工業(yè)級；氨基丙烯酸酯，184光引發(fā)劑，工業(yè)級。

實驗儀器：調(diào)溫電熱套、電動攪拌器、真空水泵、Nicolet i55型傅里葉紅外交換光譜儀(賽默飛世爾科技有限公司)、ZX-250 型加裝 UV 光固化設(shè)備(無錫如潮特種光源設(shè)備廠)、Q600 SDT 型熱重分析儀(美國 TA 儀器公司)。

1.2 實驗原理

光固化機(jī)制：光固化體系中光引發(fā)劑在紫外光輻射下形成游離基，游離基撞擊含有不飽合雙鍵的小分子功能單體或者大分子單體，進(jìn)行鏈增長過程，最終形成聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[7-9]。

利用丙烯酸羥乙酯改性甲醚化密胺樹脂：甲醚化密胺樹脂參與反應(yīng)的基團(tuán)是—CH2OCH3，在酸的催化下可以和丙烯酸羥乙酯發(fā)生醚交換反應(yīng)得到氨基丙烯酸酯預(yù)聚物(HEA-MF)，如圖1所示。

圖1 氨基丙烯酸酯合成過程

Fig.1 Synthesis process of HEA-MF

為保證反應(yīng)向正方向進(jìn)行，抑制縮聚反應(yīng)的發(fā)生，必須使用過量的丙烯酸羥乙酯。

1.3 UV固化密胺樹脂的制備

將一定量的甲醚化密胺樹脂、丙烯酸羥乙酯、催化劑、阻聚劑放入四口燒瓶中，加熱攪拌，反應(yīng)溫度控制在75～80 ℃，復(fù)配空氣，然后在真空負(fù)壓(800 kPa)條件下反應(yīng)3～4 h，最后升溫至85～90 ℃，并降壓至60 kPa反應(yīng)1～2 h。通過紅外測定 —OH 的含量，當(dāng)—OH 官能團(tuán)不再減少后停止反應(yīng)，出料。

1.4 UV固化密胺樹脂涂層織物的制備

用濕膜制備器將制成的光固化體系涂在退漿的滌/棉織物上涂覆均勻，涂層厚度12 μm，將涂層后的滌/棉織物固定于聚四氟乙烯板上，在 UV 光固化機(jī)中固化成型，燈功率為 2 kW，固化時間為 15 s[10]。采用同樣的方法在聚四氟乙烯板上涂覆 100 μm 的涂層，在 UV 光固化機(jī)上固化成膜。

1.5 產(chǎn)物性能測試

1.5.1 化學(xué)結(jié)構(gòu)表征

采用FT-IR傅里葉紅外交換光譜儀紅外表征產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，測試范圍為4 000～400 cm-1。

1.5.2 UV固化膜熱性能測試

采用熱重分析儀分析膜的熱性能。實驗條件為: N2氣氛，升溫速率為10 ℃ /min，溫度范圍室溫至 900 ℃。

1.5.3 涂層織物力學(xué)性能測試

采用 YG026C 型電子織物強(qiáng)力機(jī)測定織物力學(xué)性能，夾持長度為200 mm，拉伸速度為100 mm /min。

1.5.4 涂層織物硬挺度與耐磨性測試

采用YG207型織物硬挺度實驗儀，參照 ZB W04003《織物硬挺度試驗方法 斜面懸臂法》測試織物剛?cè)嵝浴⒃嚇蛹舨贸?5 mm×200 mm的長條，儀器的測量角度設(shè)置為43°，測量試樣兩端的正反面。

將涂層織物裁剪成直徑為90 mm的試樣，固定于耐磨儀工作圓盤上，轉(zhuǎn)速為70 r/min，加壓重錘質(zhì)量為250 g，圓盤工作100 r。按照下式計算磨損量：

式中：H為磨損率，%；G0為磨損前質(zhì)量，g；G1為磨損后質(zhì)量，g。

1.5.5 涂層織物防水透濕性測試

采用YG(B)812Q耐水壓測試儀測試織物靜水壓，選擇直接增壓法，上升速率為6 kPa/min。

采用YG601H_II型電腦式織物透濕儀測試織物透濕性能。實驗條件：溫度為38 ℃，相對濕度為90%，氣流速度為0.3～1 m/s，吸濕劑為無水氯化鈣(160 ℃ 條件下干燥3 h)。透濕量計算如公式為：

式中：WWVT為透濕量，g/(m2·24 h)；S為試樣面積，m2；t為實驗時間，h；Δm為試樣前后質(zhì)量差，g。

1.5.6 涂層織物透氣性測試

采用YG(B)461E型數(shù)字式織物透氣儀測試織物透氣性。溫度為20 ℃，相對濕度為65%，壓差為25 Pa。

2 結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)表征與分析

圖2 反應(yīng)前后織物的紅外光譜圖

Fig.2 FT-IR spectra of fabric before and after reaction

2.2 UV固化膜熱性能

圖3示出UV固化膜的熱重分析曲線。可見制備得到的UV固化密胺樹脂膜具有較好的耐熱性。在200 ℃ 之前，有一個緩慢質(zhì)量損失區(qū)域，這是因為合成時加入的過量HEA受熱分解，在200 ℃ 之后，UV固化膜熱性能穩(wěn)定，溫度達(dá)到350 ℃ 時，固化膜質(zhì)量開始快速損失，質(zhì)量快速損失區(qū)域為350～470 ℃，其對應(yīng)的質(zhì)量快速損失峰為375 ℃，固化膜快速分解。由此可見，在300 ℃ 以下固化膜熱性能穩(wěn)定，高于涂層織物熨燙整理時的溫度(150 ℃)，此種 UV 固化密胺樹脂膜的熱穩(wěn)定性可以應(yīng)用于織物的涂層整理中[11]。

圖3 UV固化膜的熱重分析

Fig.3 TGA of UV cured film

2.3 涂層織物力學(xué)性能

涂層前后的滌/棉織物拉伸斷裂強(qiáng)力如表1所示，UV照射15 s后的滌棉織物，其斷裂強(qiáng)力明顯降低，斷裂伸長率有所提高。斷裂強(qiáng)力由1108.2 N下降到460.0 N，強(qiáng)力下降幅度較大，主要因為織物經(jīng)過UV照射后，纖維損傷較大，纖維力學(xué)性能下降；UV照射后的斷裂伸長率提高了2.78%，可能是因為纖維損傷后強(qiáng)力降低造成纖維間的滑移增大。由此可見，UV照射對織物斷裂強(qiáng)力的影響遠(yuǎn)大于斷裂伸長率。HEA-MF涂層的斷裂強(qiáng)力相對未處理的滌/棉織物增加了約73 N，但斷裂伸長率下降較多，僅有8.94%，這可能是因為涂層時，涂料滲透織物和纖維，織物和纖維間孔隙減小，織物強(qiáng)力有所增加，同時涂料的黏結(jié)造成纖維孔隙減小，使纖維移動受阻，纖維間滑移減小，斷裂伸長率減小。

表1 織物拉伸斷裂強(qiáng)力

Tab.1 Tensile strength of fabrics

實驗樣品斷裂強(qiáng)力/ N斷裂伸長率/%未處理滌/棉織物1 108.217.51UV照射滌/棉織物460.020.29HEA-MF涂層織物1 181.48.94

2.4 涂層織物硬挺度和耐磨性

織物的彎曲長度和磨損率如表2所示。測試織物兩端的正反兩面，共4組數(shù)據(jù)。彎曲長度數(shù)值越大，表示織物越硬挺不易彎曲。可見，涂層后織物彎曲長度明顯增大，織物硬挺度提高，相應(yīng)的柔軟性降低。因為涂層樹脂的交聯(lián)密度較大，分子鏈的運(yùn)動困難，涂膜的柔韌性較差，影響織物的懸垂性和織物手感，這也是涂層織物普遍存在的問題。涂層后織物磨損率減小，織物耐平磨性能提高。

表2 織物彎曲長度與磨損率

Tab.2 Bending length and wear rate of fabrics

實驗樣品方向彎曲長度/cm1234磨損率/%未處理滌/經(jīng)4.594.574.734.683.55棉織物緯4.844.514.574.48HEA-MF經(jīng)10.6511.0610.4011.031.39涂層織物緯10.4611.1310.8410.63

2.5 涂層織物防水透濕性

織物靜水壓和透濕量如表3所示。可以看出，涂層后織物靜水壓達(dá)到18 kPa，具有突出的防水性能，相應(yīng)的織物透濕量明顯減少，因為涂層后樹脂滲入織物和纖維，纖維間孔隙減小，達(dá)到防水效果，而水分子不易通過造成透濕量下降。

表3 織物靜水壓和透濕量

Tab.3 Hydrostatic pressure and WVT of fabric

實驗樣品透濕量/(g·(m2·24 h)-1)靜水壓/kPaHEA-MF涂層織物37318.03未處理滌/棉織物3 235—

2.6 涂層織物透氣性

UV固化密胺樹脂涂層降低滌/棉織物的透氣率，織物透氣率從93.77 mm/s下降到0.583 mm/s，因為樹脂涂層后會大量滲透并黏結(jié)在滌/棉織物的纖維間隙，織物中纖維間的空隙減小，防水的同時也使面料透氣性降低甚至趨于零，影響織物的服用性能，可添加致孔劑進(jìn)行改性。

3 結(jié) 論

2) UV固化密胺樹脂膜在300 ℃ 以下性能穩(wěn)定，350 ℃ 質(zhì)量開始快速損失，具有較好的耐熱性。

3) 利用UV光固化技術(shù)對織物進(jìn)行涂層處理具有可行性，效率高且較傳統(tǒng)技術(shù)更環(huán)保；制備的光固化密胺樹脂涂層織物斷裂強(qiáng)力、硬挺度和耐磨性提高，對織物斷裂伸長率、柔軟性和透濕透氣性有影響，但涂層織物防水性能突出，可用于防水織物的制備。

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