現在通過應用不同的化學整理可以改善非織造基布最終的使用特性。通常非織造產品的最終物理性能和功能性是在纖網形成之后采取化學整理方法獲得的,化學整理劑可以通過如浸潤、噴涂、泡沫或印花等不同方法施加到非織造基布上,在采用這類方法之后通常要進行干燥,以去除剩余的溶劑,尤其是水。有些化學試劑提供防止細菌和病毒的抗微生物保護或者為了提高某種特定非織造布的吸水性而提供親水特性;而另一些試劑提供抗靜電性或者提高非織造布的染色性或遮光性。聚合物乳液主要增加非織造布的強度和完整性。本文將集中介紹可以提供拒水性和(或)防水性的聚合物乳液以及可以提供耐溶劑性和阻燃性的聚合物乳液。本文還提供了一種新型的Ａｉｒｆｌｅｘ乳液的數據,當該乳液應用于不同的非織造布上時,可以賦予非織造布對液體的排斥性和防水性,同時也將討論為非織造布提供耐溶劑性和阻燃性的其他獨特的Ａｉｒｆｌｅｘ乳液。
1防護材料種類
“防護材料”這一術語取決于被阻止通過材料的種類而擁有不同的含義。例如,一些防護材料被設計用于阻止如石棉纖維或顆粒狀物質等細微碎片的通過;另一些防護材料已被用于防止潮濕的水蒸氣的通過或者被設計用來阻止如氧氣等不同氣體的通過。本文中防護材料是指不允許液體浸入,尤其是不允許水性液體的通過。針對防水性而設計的材料從衛生領域到服裝和包裝業都有廣泛而多種多樣的應用。防水纖維最終產品的應用實例包括床墊、醫用窗簾和手術服、室內裝飾布、桌布內襯、工作服和餐巾。
這些最終產品在使用時都需要具有一定的防水性,其要求的防水程度取決于特定的使用需要以及滿足最終目標功能所需求的其他特性。當然必須是相對價格便宜的材料,尤其對于用即棄的材料。
次要特性中較重要的一個性能是濕氣的通透性(ＭＶＴ)。濕氣的通過不僅為與皮膚接觸的材料提供舒適性,而且濕氣的通透對于例如室內裝飾布等的保護性應用也是至關重要的。如果不允許濕氣通過材料,室內裝飾布將損壞作為保護目標的下層材料。因此,防護功能和濕氣通透雙重功能可以在大量的最終功能中進一步擴展應用。目前擁有雙重功能的材料包括微孔薄膜和熔噴非織造布或紡粘/熔噴/紡粘(ＳＭＳ)非織造布。
2測量防水性和濕氣通透率的測試方法
2.1防水性測試方法
對于防護特性或者阻水能力的測試可以以不同方法進行。一種常用的方法是靜壓頭阻力。該方法是測試在漸增的靜壓下材料對于水通過所產生的阻抗,直到有3滴水滴穿過材料。靜壓頭的測試單位以液體的高度(毫米或厘米)表示。ＥＤＡＮＡ測試方法有不同系列,本文以ＥＲＴ120.1-80為例。ＭａｓｏｎＪａｒ測試方法,ＩＮＤＡ測試方法ＩＳＴ80.7-70是另一種測試方法,其通透阻抗通過測量鹽溶液在持續壓力下將材料表面潤濕所需的時間來測定;ＩＮＤＡ測試方法80.4-70則是通過測量材料對于噴水效應下液體滲透時產生阻抗的方法,這種方法指示出當水流流到或飛濺在材料上時材料的性能。
2.2濕氣通透率測試方法
濕氣通透率的測量(ＭＶＴＲ)與ＡＳＴＭ方法Ｅ96、ＴＡＰＰＩ方法Ｔ448或ＩＮＤＡ方法70.2-70一致。盡管其中的每一方法都有所不同,而總體上是測量每天通過一充滿水的杯子上覆蓋的材料的水蒸氣量[ｇ/(ｍ2·ｄ)],測試條件是相對濕度為50%,溫度為21℃(70)。
濕氣流量通常由于材料的“開放”或者多孔性而得到提高。多孔性的測量可以通過使用Ｆｒａｚｉｅｒ透氣度測定儀確定或者采用其他方法,如ＡＳＴＭＤ737和ＩＮＤＡ測試標準70.1確定。
3通過化學整理獲得防護性能
為了既獲得防護性能,又可以保持可接受的濕氣通透性,這對于非織造布的設計加工和改良通常是困難和(或)費用昂貴的。而將化學整理方法應用到非織造布上可以使兩種性能達到平衡,這是一種獨特的和性價比好的方法。為理解該化學改性方法,需要對于基本的液體排斥方程進行討論。理想的非織造布是一種微孔材料,如圖1所示。
在非織造布上覆蓋一種適當的化學整理劑,但基本上不會堵塞孔隙,因此防水性能僅限于在給定的靜壓下。如果ｒ是孔的半徑,θ是接觸角,對于給定的液體表面張力是λ,則防止非織造布微孔表面被浸濕的力Ｆ是:
Ｆ=2πｒλｃｏｓθ
如果靜壓為Ｐ,則液體流過孔隙時:
阻止液體滲透的臨界壓力是:
Ｐ=2λｃｏｓθ/ｒ
通過在非織造布表面應用適當的化學整理劑,可以對特定液體產生大于90°的接觸角,得到的ｃｏｓθ為負值,則阻止液體滲透的力為負值。阻力與孔徑有關,孔徑越小,壓力梯度越大,因此阻力越大。但是,對于單獨的化學溶液要求化學整理后的孔徑能夠使空氣流和水蒸氣的通過達到合適的平衡點。
為了獲得防水保護和通透性雙重功能需要,ＡｉｒＰｒｏｄｕｃｔｓＰｏｌｙｍｅｒｓ公司已經開發出一種新的疏水的醋酸乙烯酯—乙烯(ＶＡＥ)乳液。將其應用到非織造布上,該乳液可以通過增加所需的接觸角而改變其表面能量,可以阻止水透過非織造布。取決于孔徑尺寸和材料結構設計的滲透阻力可以對大量不同的應用提供仍有良好通透性的臨界靜壓頭。
4醋酸乙烯酯—乙烯乳液的防水性能與應用
aerflexep1188是新近開發的醋酸乙烯酯—乙烯共聚物乳液的商用名。該產品已被設計應用在纖維素或纖維素/合成非織造基布上,以提供表面阻水和防水特性。aerflexep1188乳液通過降低表面能或纖維表面的臨界表面張力而提供防水功能。將aerflexep1188共聚物乳液以常規方式噴灑或浸透在非織造布表面上并干燥。這種共聚物含有非離子至少量陰離子電荷物質,ｐＨ值介于9.0～9.5之間,平均粘度為500ｃｐｓ。可提供各種不同最終應用特性的乳液具有以下附加的性能:(1)經核準的ＦＤＡ(176、170、176、180);(2)不含羥乙基烷基酚;(3)氣味少;(4)無氟化物;(5)超低甲醛含量;(6)ＶＯＣ含量低。
由聚合物乳液所提供的表面能或臨界表面張力的減少可通過水滴在被處理的非織造布上所形成的接觸角來表示。如果臨界表面張力低于被排斥的液體表面張力(水為72×10-5Ｎ/ｃｍ),那么接觸角(θ)必須大于90°。為證明aerflexep1188共聚物的效果,必須在纖維素纖維的氣流成網基布上測量接觸角,乳液以噴灑方式施加,并在54℃(130)以上的溫度下干燥。基布上的aerflexep1188共聚物涂層重量在15～20ｇ/ｍ2的范圍內。去離子水作為接觸角試驗液。采用一臺Ｋｒｕｓｓ液滴尺寸分析儀測量水滴的接觸角。
表1結果證明了通過aerflexep1188共聚物處理過的基布的接觸角大于90°。ＳＭＳ基布證明了由于用于生產該非織造布的聚丙烯纖維固有的疏水性而導致接觸角變小。
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