涂层织物生产方法与发展趋势
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开发功能性纺织品是21世纪纺织领域重要的研究方向之一，涂层整理是研制功能纺织品的重要手段。织物经过涂层不仅可以改变其外观、手感等，还可以使织物具有特殊的功能，例如，拒水拒油、阻燃、抗菌、防辐射、防静电等。本文主要介绍涂层织物的生产方法、涂层剂和基布的种类、涂层方法和涂层织物的应用等情况，并对涂层织物的发展趋势进行了分析。
Developing functional textiles is one of the important research directions in textile field in 21st century, and coating finish is an important method for the functional textiles. The method can not only improve its outward and feeling, but also change the function of fabric, such as water and oil repellent, flame retardant, antibacterial, radiation protection and anti-static. The coating production technology, coating agent, base clothes have been introducted and the development trend of coating fabric have been analyzed in this article.
纺织品涂层整理是在织物表面均匀地涂一层（或多层）高分子化合物，通过粘合作用在织物表面形成一层或多层薄膜的整理加工技术。所用的成膜高聚物称为涂层剂，所用的织物称为基布。作为基布的织物起着骨架的作用，对涂层织物的物理机械性能及尺寸稳定起着主要作用。涂层整理的主要目的是改善织物的手感、外观和风格，赋予织物保温、抗菌、隔音、导电、闪光、反光等特殊功能。可以同时使织物增加许多新的功能，如拒水拒油、阻燃、抗菌、防辐射、防静电等功能。在提高织物物理机械性能的基础上，赋予织物特殊的功能，是未来涂层整理发展的趋势。这样就使织物的用途大为拓宽，大幅度提高了产品的附加价值。
因为涂层织物不仅具有织物原有的功能，更增加了覆盖层的功能，为功能纺织品的生产提供了更多的机会，所以近年来涂层织物的用量大大增加，以美国为例，对涂层织物的需求量以每年大约 3% 的速度增长。不仅如此，其应用领域也非常广泛，从传送带、轻便的房屋顶棚、帐篷、降落伞、防弹衣、医用纺织品到服装等都可用涂层织物来制造。
1涂层织物常用材料
1.1涂层剂
涂层整理剂又称涂层胶，是一种具有成膜性能的高聚物，涂层剂的种类不同，其性能也不同。涂层剂的分类很多，按化学结构分主要有聚氯乙烯类（PVC）、聚丙烯酸酯类（PA）、聚氨酯类（PU）、有机硅类、橡胶乳液类和聚四氟乙烯等。按使用的介质可分为溶剂型和水分散型两种。
（1）聚氯乙烯类涂层剂
聚氯乙烯是氯乙烯的均聚物，具有优良的综合性能。在增塑剂含量高时，它表现出高伸长率、柔软性、良好的手感和耐磨性；原料易得、有阻燃性，所制涂层织物手感丰厚、富有弹性，耐磨性、耐候性、耐酸碱性好，屏蔽性优良，绝缘性好，易染成各种颜色，也可制成透明无色的制品。尤其是价格低廉使它成为许多涂层织物的首选涂层剂。然而聚氯乙烯在低温下会龟裂，在长期使用过程中会发生增塑剂迁移，并且在加工过程中容易混入重金属等毒性物质，燃烧时会释放出氯化氢和其他有毒气体，对周围环境造成污染。
（2）聚丙烯酸酯类
聚丙烯酸酯类涂层剂是目前常用的涂层剂之一。它一般由硬组分（如聚丙烯酸甲酯等）和软组分（如聚丙烯酸丁酯等）共聚而成，根据涂层产品的要求不同可选择适当的共聚单体及其组成。最初的聚丙烯酸酯类涂层剂属于单纯防水型产品，经过几十年的发展，目前的品种不仅具有防水透湿、阻燃等多种功能，而且还有低温节能的特色。聚丙烯酸酯类涂层剂价格较低，生产和应用工艺较为成熟，耐日光、耐气候牢度好，不易泛黄，透明度和相容性好，有利于生产有色涂层产品，耐洗性好，粘着力强。其缺点是：弹性差，易折皱，表面光洁度差，手感难以调节适度。这些也阻碍了聚丙烯酸酯类涂层剂在涂层应用中的发展。
（3）聚氨酯类
聚氨酯全称聚氨基甲酸酯，由多异氰酸酯和低聚物二元醇通过缩聚反应而成的高分子化合物，其特点是在聚合物的主链分子结构中重复出现氨基甲酸酯基团（―NHCOO―）。多异氰酸酯组成的链段比较硬，极性比较强，称之为硬段；低聚物二元醇组成的链段比较软，称之为软段。在聚氨酯分子链中，硬段和软段相间排列。在生产聚氨酯的过程中，可以通过调节硬段和软段的比例对聚氨酯的软硬程度进行调节。由于聚氨酯独特的结构而可赋予加工产品突出的强度、柔韧、耐磨等性能。聚氨酯类涂层剂能成为当今发展的主要种类，这与它优越的性能是分不开的。它的优势在于：涂层柔软并有弹性；涂层强度好，可用于很薄的涂层；涂层多孔具有透湿和透气性能；耐磨、耐湿、耐干洗。不过聚氨酯也存在着成本较高，耐候性差，遇水、热、碱易水解等缺点。其涂层工艺也可分为干法、湿法、热熔、转移法和粘合法等。
（4）有机硅类
有机硅产品，通常是指聚硅氧烷系列，是一种分子结构中含有元素硅的高分子合成材料。有机硅涂层剂不仅具有一般高分子化合物的韧性、高弹性和可塑性，而且有很高的耐热性和化学稳定性。由于其独特的分子结构，使其具有良好的透气、透湿性。同时其平滑性好，在高温和低温下都有很好的柔韧性，整理后的织物具有很强的抗撕裂强度。但是其粘合性较差，为提高其粘合性能，大多采用引入交联基团的方法。价格高且强度低，在常温下其强度只有芳香族聚氨酯的 10% ～ 20%。一般情况下，不单独使用有机硅涂层剂，而是将其与其他涂层剂混合使用。
（5）橡胶乳液类
橡胶乳液包括天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶是早期主要的涂层剂，它有良好的断裂强力和弹性，因其含有蛋白质而易生物降解，同时这也降低了其耐候性。在织物涂层领域用量日趋减少。合成橡胶中用量最多的是氯丁橡胶，它有良好的物理性能，耐很多化学药品，有较好的耐气候牢度，价格也较低。但是在焙烘时，氯丁橡胶有泛黄现象，而且易于结晶、玻璃化温度偏高、低温时僵硬。因此生产中一般作为背涂涂层剂使用。
（6）聚四氟乙烯（PTFE）
聚四氟乙烯就是现在人们所熟知的DuPont（杜邦）公司的特氟隆®（Teflon®）。聚四氟乙烯涂层剂是唯一集防水、拒油、防污三功能于一体的树脂，它耐弯曲折叠、耐热、耐氧化、耐气候性好、耐化学性好、高强度、弹性好，并且无粘连现象，是一种理想的涂层剂。但这类材料制作工艺非常复杂，价格昂贵，限制了其广泛应用。
1.2基布
作为基布的织物在涂层织物中起着骨架的作用。一般情况下，织物成分决定着涂层织物的撕破强度、拉伸强度、伸长率和尺寸稳定性等性能，对涂层织物的最终性能影响很大（表 1）。
2涂层织物涂层方法
要想生产出质量稳定的优质涂层织物，除了选择优质、合适的涂层原材料外，涂层加工方法和设备的选用对成品的质量也有着决定性的作用。织物的涂层方法有很多，目前，用于工业生产上的主要有直接涂层、转移涂层、凝固涂层、泡沫涂层和层压等。
2.1直接涂层
直接涂层是最简单的涂层处理方法，它是利用涂布器将涂层剂均匀地涂敷到织物上，而后经烘燥，使溶剂或水分挥发，从而使涂层剂在织物表面形成连续、坚韧的薄膜，制成涂层织物。其工艺和设备比较简单，适用于各种涂层剂。但是涂层时应注意，要防止涂层剂在涂布时渗透织物，而且还必须控制溶剂或水的蒸发速度，以防止形成针孔和涂层起泡等疵点。从近 20 多年的发展可以看出，直接涂层设备将朝着提高设备的精确度和开发多功能的涂层联合机的方向发展。现在，有些涂层机制造商已经制造出用一条生产线可以生产出薄型服装面料、人造革、防水帆布、乙烯地板革及乙烯墙纸等不同品种产品的涂层机。
2.2转移涂层
转移涂层是将涂层剂涂在片状载体（离型纸或钢带）上，使它形成连续的、均匀的薄膜，然后再在薄膜上涂一层粘合剂，与织物贴合，经过烘干和固化，把织物和载体剥离，涂层膜（包括粘合层）就会从载体上转移到织物上，制成涂层织物。如果离型纸上面有花纹，涂层膜上也会带有离型纸的花纹。转移涂层通常用于生产聚氨酯人造革，一般由皮层和粘合层两层组成，在质量要求更高的场合，可以涂到3 层及以上。因此，现在的转移涂层设备一般有 3 个涂布头及配套烘箱。转移涂层可以生产出性能质量非常接近天然皮革的人造革，甚至有些性能比天然皮革还要好，因此其发展非常迅速。与直接涂层相比，转移涂层可以用来生产针织涂层织物。不过转移涂层产品的价格要比直接涂层的高，原因在于，一是转移涂层要用到离型纸等载体，这些载体的使用成本比较高，二是多涂头涂层设备的价格高。在某些情况下，离型纸可以重复使用，但是随着使用次数的增加，分离性能会逐渐变差，对于质量要求很高的产品，离型纸只能使用 1 次，这也增加了生产的成本。
2.3凝固涂层
凝固涂层，又称湿法涂层，它最大的特点就是在凝固浴中成膜，是一种与直接涂层和转移涂层成膜机理完全不同的特殊整理工艺。其产品性能优异，是公认的高档涂层织物。但是需要特殊的设备和巨大的投资，其中包括对溶剂的回收。凝固涂层所用的涂层剂只有一种单组分聚氨酯。成膜机理也非常简单，其基本处理过程包括将聚氨酯溶解在溶剂中，然后在一定条件下脱去溶剂，形成凝固体。工业上一般将聚氨酯溶解在二甲基甲酰胺（DMF）中，然后涂在织物上，接着将织物浸入DMF和水的混合浴中，利用DMF与水的混溶性，让水在涂层膜内置换DMF，降低DMF的浓度，促使聚氨酯凝固成膜。DMF是一种有毒溶剂，对人体有害，在生产过程中，要有劳动保护措施。凝固涂层的关键在于如何稳定控制置换过程，使它既符合工艺要求，又能获得理想的产品。凝固涂层的产品主要有人造麂皮和光面革两种。
2.4泡沫涂层
泡沫涂层是将整理剂、发泡剂、泡沫稳定剂和少量水，以空气为稀释剂，通过发泡设备使之成为泡沫状态均匀地施加到织物表面，然后轧辊使织物表面上的发泡层破裂，从而将整理剂分布在织物表面的整理工艺。泡沫涂层于20世纪70年代末在美国发展起来，替代了浸轧工艺。因为泡沫涂层系统属于水系介质，所以它是一种环境友好型的涂层加工方法。泡沫涂层的一大特点就是用于织物的单面染色，对像毯子一类非常厚重的织物的后整理具有非凡的意义。与直接涂层相比，织物可获得非常柔软的手感和更好的悬垂性。另外，由于涂层剂中含水量少，在涂层过程中，可大大减少渗入织物的树脂量。这种加工方法形式多样，在涂层配方中加入包括颜料在内的许多不同的添加剂，可以产生出各种独特的性能。
2.5层压
层压就是将两层或两层以上的薄片状材料叠合，通过热压粘结成为一体的整理技术，严格地说，层压不是一种涂层方法。层压是获得多功能复合织物的有效手段，它通过粘结的办法把具有各种功能的材料结合在一起，但是这不仅是功能的叠加，而且还可以增加使用效果。由于各种材料在层压织物内部是相互独立的，因此层压对材料的适用范围很广。该方法目前最典型的产品有荷兰AKZO公司的Sympatex防水透湿层压织物和美国高尔公司生产的品名为Gore tex的防水透湿层压织物。生产层压织物的关键是生产用于层压的薄膜，例如，防水透湿层压织物的PTFE薄膜不仅厚度要薄且均匀透明，具有足够的强力，而且表面布满均匀的微孔，微孔的直径比水分子大，比水滴小。所以生产难度很大，生产成本也比较高。目前，国内能生产PTFE薄膜的单位很少。
3涂层织物的应用
我国自20世纪70年代开始研究涂层技术以来，先后有若干涂层产品问世，这极大地丰富了纺织品的消费市场。其中服饰用涂层织物大多为锦纶、涤纶、涤棉织物的聚丙烯酸酯或聚氨酯涂层产品。近几年来，以细特粘胶纤维织成的中高密粘纤织物作为基布，由于其吸湿性好，不会产生静电，服用舒适性好等特点而得到了广泛的用途。今后，随着对各种各样产业用织物需求量的增加，涂层织物的应用领域会不断扩展（表 2）。
4涂层织物发展趋向
4.1涂层整理剂的发展
用作涂层整理剂的高分子材料以聚丙烯酸酯和聚氨酯两大类为主。聚丙烯酸酯即通常所说的PA涂层胶，PA涂层胶具有不泛黄、耐老化、透明耐洗、粘着力强等优点。但耐水压较低，多次涂覆发粘，且耐寒性差，手感不爽，弹性差，所得产品档次不高，性能难以达标。聚氨酯涂层胶即PU涂层胶，品种多，性能优越，用途广泛，耐低温、高弹性、高模量。在涂层行业其应用正在逐步增加。在相当多的品种里，尤其是高档产品和出口品种，PU以其优良的品质正在逐步替代PA。
我国目前生产的聚氨酯涂层剂以溶剂型为主，多用于大型转移涂层生产线和湿法涂层，如烟台和常州等生产厂。水分散型PU胶开始多作为皮革涂饰剂使用，作为涂层剂使用性能差异较大。经过最近几年的发展，已有一些厂家可生产水性PU涂层胶，但性能和质量参差不齐，产量不大。随着纺织业复苏，产品档次和价格承受能力的提高，质量好、档次高的水性PU产品逐渐占领市场。
综上所述，PA和PU两大类涂层胶我国都已能自行生产和应用。在合成方面都还有相当的空间可以发展，PU涂层胶产量占的比例逐年上升。
4.2涂层胶剂型的发展
水分散型涂层胶正在逐步替代溶剂型涂层胶，从环保角度讲也是必然趋势。水分散型涂层胶的合成工艺技术近年来不断进步，使其性能有了较大的提高，因此，在应用上发展很快。与溶剂型材料相比，水性涂层胶具有操作清洁简便、无环境污染、性能风格变化大、产品覆盖面宽等优点。尤其是其在环保和安全上的优势，替代溶剂型产品势在必行。
4.3配套助剂的发展
国产配套助剂虽然已能满足最基本的需要，且价格和供货的便利性优势很明显，但在品种和质量上尚有一定的距离。应围绕提高质量性能和增加涂层剂新品种两个方向开展研发工作。总之，涂层加工助剂和添加剂发展使涂层材料由单一组份向复合型发展，产品由单功能向多功能发展，可使涂层产品不断地推陈出新，赶上世界潮流。
4.4涂层基材的发展
对不同基布施以涂层加工，产品千变万化，应用的行业在不断拓展。涂层产品开发伊始，以尼龙或涤纶等薄型长丝织物的防水涂层为主，加工简单容易。现在服装上用的基布有短纤T/C，全棉的从厚细帆布到高支纱的薄型棉布，棉锦布、弹力布、真丝绸；化纤的除传统的尼丝纺外有塔丝龙、牛津布、TR布等等，品种非常丰富。在这么多种基布上体现性能和风格，就要求较高工艺水平和科技含量。同时对面布的质量也有了较高要求，如丝光、烧毛要完全，布面光洁、无棉结、无色花、无纬斜、松边等等。
采用多样化的基布，施以不同涂层加工，从而推出风格化、个性化的涂层品种，非常适应于服装业时尚、个性、新颖的特点，因此发展前景看好。
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