一种防水透湿型棉织物涂层剂的制备方法与应用

摘要

本发明涉及一种防水透湿型棉织物涂层剂的制备方法与应用，其特征是先制备中空多孔纤维素微球；然后将丙烯酸、烯丙基缩水甘油醚、丙烯酸丁酯等单体进行聚合和乳化，制得聚丙烯酸酯类乳液；最后将中空多孔纤维素微球与聚丙烯酸酯类乳液复合得到中空多孔纤维素微球/聚丙烯酸酯类复合乳液，此乳液为防水透湿型棉织物涂层剂；该涂层剂对棉织物进行涂层整理，制得防水透湿型涂层棉织物。本发明制备的防水透湿型涂层棉织物的耐静水压达到6400～7250Pa，其透湿量达到250～270g/(m

说明书

技术领域

本发明属于织物涂层技术领域，具体涉及一种防水透湿型棉织物涂层剂的制备方法与应用。

背景技术

防水透湿织物又称为“会呼吸的织物”，是指水在一定压力下不渗入织物，而人体散发的汗气能通过织物扩散传递到外界，不致在皮肤和衣服间积累或冷凝，使人感觉到发闷的功能性织物。防水性是指织物对具有一定压力的外部水透过时产生的阻抗性能；透湿性即汗液在织物中的吸收、传递、扩散的性能。

目前，涂层织物具有很多优点，涂层可以赋予织物不同的功能，如：防水、阻燃、抗静电和防水透湿等，涂层织物通常采用涂层剂对织物进行涂层整理制得。涂层剂的种类繁多，其中，聚丙烯酸酯类涂层剂和聚氨酯类涂层剂是当今广泛使用的织物涂层整理剂。聚丙烯酸酯类乳液作为一类防水透湿涂层剂，具有加工成的织物柔软、胶膜透明度高、耐候性好、良好的抗水防绒等性能，但是由于防水透湿性相对较低，舒适性较差的缺点，使其应用受限。针对聚丙烯酸酯乳液缺陷进行了多种改性，如：环氧树脂或聚氨酯改性丙烯酸乳液；交联改性；无机纳米材料改性等，这些改性针对不同类型的织物均有一定的效果，然而，用于棉织物的防水透湿性的涂层剂尚未见报道。

织物的防水透湿性能改性的研究较多，如：中国专利申请号200310120808.5公布了防水、防寒、透湿的聚氨酯涂层布及其生产工艺，该专利报道的涂层剂是以聚氨酯为主要原料制得。中国专利申请号200710145401.6公布了一种防水透湿涂层剂组合物及其应用，该专利在聚氨酯涂层剂中添加微孔木质素微细粉。现有的技术很多是以简单的复配制得的涂层剂，对于需要水洗的涂层织物，这些涂层剂的有效成分在水洗过程中难免流失。涂层棉织物在纺织品中应用广泛，占据较高比例，但由于其在防水透湿方面不尽完美，其防水透湿改性方面还有较大的提升空间。

发明内容

本发明的目的是克服以往技术的不足，提供一种防水透湿型棉织物涂层剂的制备方法与应用。本发明制备了一种中空多孔纤维素微球/聚丙烯酸酯类复合乳液，该乳液用于棉织物的涂层整理后，涂层棉织物的防水透湿性能明显提高，其防水性能主要由棉织物表面的聚丙烯酸酯涂层膜产生，其透湿性能主要由纤维素微球内部的空孔径提供通道。

本发明所述的一种防水透湿型棉织物涂层剂的制备方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤：

(1)水包油乳液的制备：将纤维素在冰醋酸中溶胀2～4h，然后将其溶于乙酸酐和乙酸的混合溶液中，向体系中滴加硫酸，其中，乙酸酐和乙酸的体积比为1∶1～1.5，硫酸的用量为乙酸酐和乙酸总体积的1.0～1.5％，在55℃下反应2～5h，反应结束后，用氢氧化钠中和体系中的硫酸至pH为7～8，然后将上述反应物倒入蒸馏水中沉淀出醋酸纤维素，最后将所得醋酸纤维素多次离心冲洗至中性，再真空干燥；将所得的干燥醋酸纤维素溶于二氯甲烷，得到澄清透明的溶液，向上述溶液中加入司盘80，搅拌混合均匀，其中，醋酸纤维素、司盘80的重量比为1∶0.1～0.15，将上述混合液加入到十二烷基磺酸钠的水溶液中，不断搅拌，得到水包油乳液，其中，二氯甲烷、十二烷基磺酸钠水溶液的体积比为1∶5～7；十二烷基磺酸钠水溶液的质量分数为0.75～1.0％；

(2)中空多孔纤维素微球的制备：控制条件缓慢蒸发水包油乳液中的二氯甲烷，蒸发4～6h，将蒸发剩余物进行离心分离得到纤维素微球，用蒸馏水冲洗所得纤维素微球以除去其中的十二烷基磺酸钠，然后再用乙醇多次清洗以除去司盘80，最后真空干燥，得到纯净的中空多孔纤维素微球，中空多孔纤维素微球如图1所示；

(3)聚丙烯酸酯类乳液的制备：称取适量的十二烷基苯磺酸钠、辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂、丙烯酸、烯丙基缩水甘油醚、丙烯酸丁酯和过硫酸铵等，其中，十二烷基苯磺酸钠(g)、辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂(g)、丙烯酸(mol)、烯丙基缩水甘油醚(mol)、丙烯酸丁酯(mol)和过硫酸铵(g)的质量体积比为：0.5～1∶1～2∶0.1～0.2∶0.1～0.2∶0.1～0.2∶0.5～1；将全部的十二烷基苯磺酸钠、辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂和占总量1/3的丙烯酸、烯丙基缩水甘油醚、丙烯酸丁酯和过硫酸铵引发剂溶解于适量的去离子水中，均匀搅拌，控制温度为75～85℃，搅拌1～2h；然后将剩余2/3的丙烯酸、烯丙基缩水甘油醚、丙烯酸丁酯和过硫酸铵引发剂溶于适量去离子水后滴加到刚刚搅拌的混合溶液中，滴加时间控制在2～3h，滴加完毕后，保温2～3h，即制得聚丙烯酸酯类乳液涂层剂，此乳液放置一月，不发生分层现象即可；

(4)乳液的混合：将步骤(2)制备的中空多孔纤维素微球与步骤(3)制备的乳液混合，其中，步骤(2)制备的中空多孔纤维素微球(g)与步骤(3)制备的乳液(mL)的质量体积比为1︰10～20，将混合后的溶液在高速分散匀质机上搅拌1～2h，搅拌温度为50～60℃，即可得到中空多孔纤维素微球/聚丙烯酸酯类复合乳液，此乳液为防水透湿型棉织物涂层剂；

本发明的另一目的在于提供一种上述制得的防水透湿型棉织物涂层剂的应用，具体方案为：在绷架上将棉织物紧绷，将涂层剂用刮刀均匀涂刮于棉织物上，涂布量干重为20～25g/m²，于90℃烘干2分钟，于140～170℃焙烘3分钟。

本发明具有如下显著特点：

(1)本发明制备了一种中空多孔纤维素微球，其内部的中空孔径可为汗水向外排除提供通道；本发明成功地制备了稳定的中空多孔纤维素微球/聚丙烯酸酯类复合乳液，此乳液放置一月，不发生分层现象。本发明的制备方法简单，对环境无污染，具有很强的市场推广前景。

(2)本发明制备的涂层剂的成膜光泽呈较少的鱼鳞纹或无鱼鳞纹，与采购的涂层剂相近；其拉伸强度略低于采购的涂层剂；其断裂伸长率高于采购的涂层剂；胶膜吸水率比采购的涂层剂略低，由此认为，本发明制备的涂层剂与采购的涂层剂的性能指标接近。

(3)棉织物经过本发明制备的涂层剂涂层整理后，涂层棉织物的耐静水压达到6400～7250Pa，明显高于采购的涂层织物；其表面抗湿性也优于采购的涂层织物，说明其具有很强的防水功能；其透湿量达到250～270g/(m²·24h)，明显高于采购的涂层织物，说明其具有很强的透湿功能。涂层棉织物经过10次水洗后，其各项指标没有明显下降，特别是手感也没有变硬，说明涂层织物的稳定性和耐久性均很好。

附图说明

图1中空多孔纤维素微球示意图

具体实施方式

以下所述实施例详细说明了本发明。

实施例1

在本实施例中，一种防水透湿型棉织物涂层剂采用如下方法制备而成，包括如下步骤：

(1)水包油乳液的制备：将5g纤维素在冰醋酸中溶胀2h，然后将其溶于30mL乙酸酐和30mL乙酸的混合溶液中，向体系中滴加硫酸，其中，硫酸的用量为乙酸酐和乙酸总体积的1.0％，在55℃下反应2h，反应结束后，用氢氧化钠中和体系中的硫酸至pH为7.6，然后将上述反应物倒入蒸馏水中沉淀出醋酸纤维素，最后将所得醋酸纤维素多次离心冲洗至中性，再真空干燥；将所得的5g干燥醋酸纤维素溶于50mL二氯甲烷，得到澄清透明的溶液，向上述溶液中加入0.5g司盘80，搅拌混合均匀，将上述混合液加入到质量分数为0.75％的250mL十二烷基磺酸钠水溶液中，不断搅拌，得到水包油乳液；

(2)中空多孔纤维素微球的制备：控制条件缓慢蒸发水包油乳液中的二氯甲烷，蒸发4～6h，将蒸发剩余物进行离心分离得到纤维素微球，用蒸馏水冲洗所得纤维素微球以除去其中的十二烷基磺酸钠，然后再用乙醇多次清洗以除去司盘80，最后真空干燥，得到纯净的中空多孔纤维素微球；

(3)聚丙烯酸酯类乳液的制备：称取十二烷基苯磺酸钠0.5g、辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂1g、丙烯酸0.1mol、烯丙基缩水甘油醚0.1mol、丙烯酸丁酯0.1mol和过硫酸铵0.5g；将全部的十二烷基苯磺酸钠、辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂和占总量1/3的丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酸丁酯和过硫酸铵引发剂溶解于200mL的去离子水中，均匀搅拌，控制温度为75℃，搅拌1h；然后将剩余2/3的丙烯酸、烯丙基缩水甘油醚、丙烯酸丁酯和过硫酸铵引发剂单体与过硫酸铵引发剂溶于20mL去离子水，将其滴加到刚刚搅拌的混合溶液中，滴加时间控制在2h，滴加完毕后，保温2.5h，即制得复合乳液，此乳液放置一月，不发生分层现象即可制得聚丙烯酸酯类乳液涂层剂；

(4)乳液的混合：将步骤(2)制备的中空多孔纤维素微球与步骤(3)制备的乳液混合，其中，步骤(2)制备的中空多孔纤维素微球与步骤(3)制备的乳液的质量体积比为1︰10，将混合后的溶液在高速分散匀质机上搅拌1h，搅拌温度为50℃，即可得到中空多孔纤维素微球/聚丙烯酸酯类复合乳液，此乳液为防水透湿型棉织物涂层剂a；

本发明的另一目的在于提供一种上述制得的防水透湿型棉织物涂层剂a的应用，具体方案为：在绷架上将棉织物紧绷，将涂层剂用刮刀均匀涂刮于棉织物上，涂布量干重为20g/m²，于90℃烘干2分钟，于150℃焙烘3分钟。

实施例2

在本实施例中，一种防水透湿型棉织物涂层剂采用如下方法制备而成，包括如下步骤：

(1)水包油乳液的制备：将5g纤维素在冰醋酸中溶胀3h，然后将其溶于40mL乙酸酐和45mL乙酸的混合溶液中，向体系中滴加硫酸，其中，硫酸的用量为乙酸酐和乙酸总体积的1.2％，在55℃下反应2h，反应结束后，用氢氧化钠中和体系中的硫酸至pH为7.6，然后将上述反应物倒入蒸馏水中沉淀出醋酸纤维素，最后将所得醋酸纤维素多次离心冲洗至中性，再真空干燥；将所得的5g干燥醋酸纤维素溶于50mL二氯甲烷，得到澄清透明的溶液，向上述溶液中加入0.6g司盘80，搅拌混合均匀，将上述混合液加入到质量分数为0.85％的250mL十二烷基磺酸钠水溶液中，不断搅拌，得到水包油乳液；

(2)中空多孔纤维素微球的制备：控制条件缓慢蒸发水包油乳液中的二氯甲烷，蒸发4～6h，将蒸发剩余物进行离心分离得到纤维素微球，用蒸馏水冲洗所得纤维素微球以除去其中的十二烷基磺酸钠，然后再用乙醇多次清洗以除去司盘80，最后真空干燥，得到纯净的中空多孔纤维素微球；

(3)聚丙烯酸酯类乳液的制备：称取十二烷基苯磺酸钠0.6g、辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂1.2g、丙烯酸0.12mol、烯丙基缩水甘油醚0.12mol、丙烯酸丁酯0.12mol和过硫酸铵0.6g；将全部的十二烷基苯磺酸钠、辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂和占总量1/3的丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酸丁酯和过硫酸铵引发剂溶解于200mL的去离子水中，均匀搅拌，控制温度为75℃，搅拌1h；然后将剩余2/3的丙烯酸、烯丙基缩水甘油醚、丙烯酸丁酯和过硫酸铵引发剂单体与过硫酸铵引发剂溶于20mL去离子水，将其滴加到刚刚搅拌的混合溶液中，滴加时间控制在2h，滴加完毕后，保温2.5h，即制得复合乳液，此乳液放置一月，不发生分层现象即可制得聚丙烯酸酯类乳液涂层剂；

(4)乳液的混合：将步骤(2)制备的中空多孔纤维素微球与步骤(3)制备的乳液混合，其中，步骤(2)制备的中空多孔纤维素微球与步骤(3)制备的乳液的质量体积比为1︰15，将混合后的溶液在高速分散匀质机上搅拌1h，搅拌温度为50℃，即可得到中空多孔纤维素微球/聚丙烯酸酯类复合乳液，此乳液为防水透湿型棉织物涂层剂b；

本发明的另一目的在于提供一种上述制得的防水透湿型棉织物涂层剂b的应用，具体方案为：在绷架上将棉织物紧绷，将涂层剂用刮刀均匀涂刮于棉织物上，涂布量干重为23g/m²，于90℃烘干2分钟，于160℃焙烘3分钟。

实施例3

在本实施例中，一种防水透湿型棉织物涂层剂采用如下方法制备而成，包括如下步骤：

(1)水包油乳液的制备：将5g纤维素在冰醋酸中溶胀4h，然后将其溶于30mL乙酸酐和30mL乙酸的混合溶液中，向体系中滴加硫酸，其中，硫酸的用量为乙酸酐和乙酸总体积的1.5％，在55℃下反应2h，反应结束后，用氢氧化钠中和体系中的硫酸至pH为7.6，然后将上述反应物倒入蒸馏水中沉淀出醋酸纤维素，最后将所得醋酸纤维素多次离心冲洗至中性，再真空干燥；将所得的5g干燥醋酸纤维素溶于50mL二氯甲烷，得到澄清透明的溶液，向上述溶液中加入0.7g司盘80，搅拌混合均匀，将上述混合液加入到质量分数为1.0％的250mL十二烷基磺酸钠水溶液中，不断搅拌，得到水包油乳液；

(2)中空多孔纤维素微球的制备：控制条件缓慢蒸发水包油乳液中的二氯甲烷，蒸发4～6h，将蒸发剩余物进行离心分离得到纤维素微球，用蒸馏水冲洗所得纤维素微球以除去其中的十二烷基磺酸钠，然后再用乙醇多次清洗以除去司盘80，最后真空干燥，得到纯净的中空多孔纤维素微球；

(3)聚丙烯酸酯类乳液的制备：称取十二烷基苯磺酸钠0.7g、辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂1.4g、丙烯酸0.14mol、烯丙基缩水甘油醚0.14mol、丙烯酸丁酯0.14mol和过硫酸铵0.7g；将全部的十二烷基苯磺酸钠、辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂和占总量1/3的丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酸丁酯和过硫酸铵引发剂溶解于200mL的去离子水中，均匀搅拌，控制温度为75℃，搅拌1h；然后将剩余2/3的丙烯酸、烯丙基缩水甘油醚、丙烯酸丁酯和过硫酸铵引发剂单体与过硫酸铵引发剂溶于20mL去离子水，将其滴加到刚刚搅拌的混合溶液中，滴加时间控制在2h，滴加完毕后，保温2.5h，即制得复合乳液，此乳液放置一月，不发生分层现象即可制得聚丙烯酸酯类乳液涂层剂；

(4)乳液的混合：将步骤(2)制备的中空多孔纤维素微球与步骤(3)制备的乳液混合，其中，步骤(2)制备的中空多孔纤维素微球与步骤(3)制备的乳液的质量体积比为1︰20，将混合后的溶液在高速分散匀质机上搅拌1h，搅拌温度为50℃，即可得到中空多孔纤维素微球/聚丙烯酸酯类复合乳液，此乳液为防水透湿型棉织物涂层剂c；

本发明的另一目的在于提供一种上述制得的防水透湿型棉织物涂层剂c的应用，具体方案为：在绷架上将棉织物紧绷，将涂层剂用刮刀均匀涂刮于棉织物上，涂布量干重为25g/m²，于90℃烘干2分钟，于170℃焙烘3分钟。

性能实施例：

(1)涂层剂性能分析：分别对实施例1～3制备的涂层剂a、b、c进行成膜光洁度、胶膜拉抻性能和胶膜吸水率测试，测试方法如下所示：(a)成膜光洁度测试：将乳液均匀涂于干净的玻璃板上，30℃恒温成膜，然后在160℃条件下焙烘3min，观察成膜的光亮平整度，并用手检查柔软度。(b)胶膜拉抻性能测试：将焙烘后的胶膜剪成约为(30×3×1)mm的细条，在强力测试仪上进行拉伸。(c)胶膜吸水率测试：将焙烘后的胶膜称至恒重后，浸入25℃水中24h，吸干膜表面水珠，称质量。胶膜吸水率(％)＝(吸水后膜质量-干燥膜质量)/干燥膜质量×100。采购的涂层剂来自于山东省鲁科化工有限责任公司，测试结果如表1所示：

表1本发明制备的涂层剂与采购的涂层剂性能比较

项目涂层剂a涂层剂b涂层剂c采购的涂层剂成膜光泽无鱼鳞纹无鱼鳞纹鱼鳞纹较少鱼鳞纹较少拉伸强度/MPa14.87515.26714.27617.337断裂伸长率/％523.5519.6571.8727.8胶膜吸水率/％33.633.834.529.8

由表1可见，本发明制备的涂层剂a、b、c的成膜光泽呈较少的鱼鳞纹或无鱼鳞纹，略优于采购的涂层剂；其拉伸强度略低于采购的涂层剂；其断裂伸长率略低于采购的涂层剂；胶膜吸水率比采购的涂层剂略高。综合分析认为，本发明制备的涂层剂与采购的涂层剂的性能指标接近。

(2)涂层织物性能分析：对实施例1～3制备的涂层剂整理的棉织物分别进行光泽度、透湿量、耐静水压和表面抗湿性测试。光泽度按FZ/T 01097-2006《织物光泽测试方法》标准测试；水洗方法按GB/T 8629-2001《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》5A程序洗10次；表面抗湿性按GB/T4745-2012《纺织品防水性能的检测和评价沾水法》标准测试；耐静水压按FZ/T1004—9l规定进行；透湿量按GB/T12704-91《织物透湿量测定方法》标准测试；采购的涂层棉织物来自于山东省鲁科化工有限责任公司，测试结果如表2所示：

表2本发明制备的涂层棉织物与采购的涂层棉织物的性能测试结果

由表2可见，棉织物经过本发明制备的涂层剂涂层整理后，涂层织物的光泽度达到11以上，与采购的涂层织物几乎接近；耐静水压达到6400～7250Pa，明显高于采购的涂层织物；其表面抗湿性也优于采购的涂层棉织物，说明其具有很强的防水功能；其透湿量达到250～270g/(m²·24h)，明显高于采购的涂层棉织物，说明其具有很强的透湿功能。其涂层织物经过10次水洗后，各项指标没有明显下降，特别是手感也没有变硬，说明涂层棉织物的稳定性和耐久性均很好。综合分析认为：本发明制备的涂层剂是一种合格的防水透湿型棉织物涂层剂。