CN101835934B - 采用水性氨基甲酸乙酯乳液的织物涂覆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应用水性氨基甲酸乙酯涂覆织物以获得具有优良防水性及透湿性的织物的方法，该方法利用水分散聚氨酯树脂混合物和增稠剂制备水性氨基甲酸乙酯涂覆剂，并涂覆在织物面料上，加热干燥涂覆后的织物，然后使之固化。相应地，由于本发明的织物产品未检测出福尔马林，所以非常环保并符合发达国家的严格标准，此外，具备良好的防水性、透湿性以及耐洗涤性等性能。

Description

采用水性氨基甲酸乙酯乳液的织物涂覆方法
技术领域
本发明涉及一种应用水性聚氨酯涂覆织物以获得具有优良的防水性及透湿性织物的方法。更为具体地，本发明涉及一种使用水性氨基甲酸乙酯涂覆织物以获得具有优良防水性、透湿性以及耐洗涤性的织物的方法，该方法通常用于使用包含环境友好的水分散聚氨酯混合物的涂覆剂的织物。 
背景技术
直到1980年，韩国的氨基甲酸乙酯产业以衣服类、鞋、包、玩具、沙发、床等生活用品材料产业为中心得到了发展，而现在氨基甲酸乙酯作为材料广泛应用于汽车、电子、土木、造船等重化学工业以及航空航天工程和医学。聚氨酯涂覆技术在纤维产业的应用产生了一个被称作人造皮革产业的新市场。 
80年代后期，由于聚氨酯工业的持续发展产生了例如，限制氯氟化碳(CFC)用作消泡剂、废弃物的处理和再利用等环境问题，强烈需要替代物。对于环境友好的水性聚氨酯作为替代物的需求也日益增多。 
公开了符合这种趋势的许多将疏水性聚氨酯水性化的研究。例如：公开了在聚氨酯骨架中引入一个亲水基团制备自乳化树脂，然后在水中分散树脂的方法(日本专利特开平No.1992-328187，以及日本专利No.1993-43642)；使用大量乳化剂分散疏水性聚氨酯的方法(日本专利公开No.1964-5989，以及日本专利公开No.1970-10957)；控制异氰酸酯基和水之间的反应且在水中分散的状态下具有较高稳定性的高乳化性、高稳定性聚异氰酸酯组合物(韩国专利公开No.1999-7653)；杂化芳香族-脂肪族异氰酸酯的水分散聚氨酯制备方法(韩国专利公开No.2005-6939)等。 
以往的油性聚氨酯使用大量甲苯、丙酮、甲基乙基酮、环乙烷等有机溶剂，不仅造成严重的环境问题，而且大部分含有福尔马林。按照国际允许值，幼儿为30ppm、成年人为70ppm，而对于环保以及高功能纤维产品，发达国家要求更严格的标准。 
从而，作为公认的环保友好产品的水分散聚氨酯的需求非常紧迫，然而涂覆有水性聚氨酯的织物尚未解决防水性、透湿性、耐洗涤性、手感以及加工性能等问题，因此并未实际应用于纤维领域。 
技术问题 
为了解决上述技术问题，本发明提供一种使用水性聚氨酯涂覆织物以获得具有优良防水性、透湿性以及耐洗涤性织物的方法，该方法通常用于使用包含环境友好的水分散聚氨酯混合物的涂覆剂的织物。 
此外，本发明意在提供一种在上述涂覆剂中加入沸石、碳粉、香味胶囊、抗菌剂、脱臭剂、除臭剂、水性颜料、水性有机硅以及珍珠粉，使得织物具有多种功能的涂覆方法。 
技术方案 
为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种使用水性聚氨酯来涂覆织物的方法，包括：制备包含下述组成的水分散聚氨酯树脂混合物：按重量计30％-50％的脂肪族异氰酸酯的多元醇聚合物，0.4％-1％的三乙胺作扩链剂，2％-3％的N-甲基二乙醇胺作离聚物，以及46％-67.5％的水； 
制备包含下述组成的增稠剂：按重量计28％-30％的碱性共聚物化合物，1％-2％的碱性聚氧乙烯硫酸钠，0.05％-0.1％的硫酸钾，以及67.9％-70.95％的水； 
将每100重量份的水分散聚氨酯树脂混合物与3-5重量份所述增稠剂和30-80重量份的水混合，并对上述混合物进行搅拌，从而制备粘度为5,000～10,000cps的涂覆剂。 
将所述水性氨基甲酸乙酯涂覆剂用浮刀或气刀以厚度20-100g/yds涂覆于预处理过的织物面料上，在130-150℃下在加热干燥器中干燥40-90秒，然后在130-170℃下固化30-60秒。 
根据本发明的另一方面，提供一种通过在上述制备的每100重量份涂覆剂中进一步加入3-50重量份的沸石；每100重量份的涂覆剂中进一步加入5-25 重量份的碳粉；每100重量份的涂覆剂中进一步加入0.5-5重量份的香味胶囊；每100重量份的涂覆剂中进一步加入1-50重量份的抗菌剂、脱臭剂、除臭剂；每100重量份的涂覆剂中进一步加入1-50重量份的水性颜料；每100重量份的涂覆剂中进一步加入5-80重量份的水性有机硅；每100重量份的涂覆剂中进一步加入0.1-10重量份的珍珠粉，使得织物具有各种功能的涂覆方法。 
有益效果 
根据本发明涂覆的纤维产品未检测出福尔马林，非常环保，并且满足发达国家的严格标准，此外，根据本发明的纤维产品具备防水性，透湿性以及耐洗涤性等优良性能。 
此外，根据本发明，即使在工作环境下也不会发生环境污染，因此可以在舒适的条件下进行涂覆工作；而且用水来代替油，可在高油价时代节省成本。 
尤其是，本发明的水性氨基甲酸乙酯涂覆剂可以广泛适用于所有织物面料，并由于涂覆以后的纤维提高了弹性，所以表现出非常柔软的手感及卓越的表面滑爽性。此外，在加工时无发粘现象、缝制纤维产品时也无裁缝痕迹和针轨，所以大大提高了加工效率，从而具有非常好的加工性能。 
另外，由于可以在涂覆剂中进一步加入沸石、碳粉、香味胶囊、抗菌剂、脱臭剂、除臭剂、水性颜料、水性有机硅以及珍珠粉，所以通过加入沸石可以进一步得到吸收性、通气性、阴离子、远红外线等功能；通过加入碳粉能够进一步得到阻隔电磁波及防静电效果；通过加入香味胶囊纤维可以散发出香味，并且获得抗菌、脱臭、除臭效果；通过使用水性颜料可以呈现出各种色彩；通过加入水性有机硅可以增加强度及弹性；通过加入珍珠粉可以改善纤维视觉特性。 
具体实施例
根据本发明的利用水性聚氨酯来涂覆织物的方法，包括：制备包含下述组成的水分散聚氨酯树脂混合物：按重量计30％-50％的脂肪族异氰酸酯的多元醇聚合物，0.4％-1％的三乙胺作扩链剂，2％-3％的N-甲基二乙醇胺作离聚物，以及46％-67.5％的水； 
制备包含下述组成的增稠剂：按重量计28％-30％的碱性共聚物化合物，1％-2％的碱性聚氧乙烯硫酸钠，0.05％-0.1％的硫酸钾，以及67.9％-70.95％的水； 
将每100重量份的水分散聚氨酯树脂混合物与3-5重量份所述增稠剂和30-80重量份的水混合，并对上述混合物进行搅拌，从而制备粘度为5,000-10,000cps的涂覆剂。 
所述脂肪族异氰酸酯为固体组分，并且决定织物的厚实感。当固体成分的浓度按重量计低于30％时，不能确保足够的厚实感。当固体成分的浓度按重量计超过50％时，聚氨酯树脂混合物变得难以分散。 
上述N-甲基二乙醇胺是离聚物，在制备高分子分散液的过程中，不仅在自乳化作为亲水基，而且作为扩链剂。即使是微量的N-甲基二乙醇胺也会影响粘性、粒度、分散稳定性，并且决定织物的柔软手感和柔软性。根据本发明，当N-甲基二乙醇胺的使用量按重量计低于2％时，虽然其手感和柔软性良好，但其分散性降低；当N-甲基二乙醇胺的使用量按重量计超过3％时，虽然其分散性良好，但其粒度变小而粘性变低，从而在变硬的同时其手感和柔软性变差。 
在本发明中，所述增稠剂是用于控制聚氨酯混合物的浓度的材料。如果增稠剂在水分散聚氨酯树脂混合液中的加入量低于3％的重量比率，则由于粘性低而导致耐洗涤性良好，然而树脂液会渗透至织物组织深处，因此其手感以及柔软性降低；如果增稠剂的加入量超过5％的重量比率，则柔软性变为良好，然而由于树脂液较少渗透至织物组织中，因此耐洗涤性降低。 
在粘度低于5,000cps时，由于进入织物组织内的涂覆剂过多，从而手感变硬。相反，如果粘度高于10,000cps，则涂覆剂很难进入织物组织内，从而不能达成本发明所期望的功能。因此，考虑纤维的特性以及所希望的功能，例如要求柔软手感的织物时，为了使粘性不变低，需要利用增稠剂和水来调整粘性。 
根据本发明的涂覆剂可以适用于各种纤维基质。具体地，所述纤维基质包括麻、丝、棉等天然纤维，尼龙、聚酯、聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯等合成纤维，以及人造纤维、醋酸纤维等再生纤维以及上述纤维的混纺品。 
为了将根据本发明的涂覆剂涂覆于织物上，可以利用本技术领域中的各 种公知方法。首先，预处理织物面料，例如经精炼、染色、拨水；在其上用浮刀或气刀以20-100g/yds的厚度涂覆湿式涂覆剂；在130℃-150℃下在加热干燥器中加热干燥40-90秒，然后在130℃-170℃下固化30-60秒。 
利用厚度为0.3-2.0mm的浮刀或气刀以20-100g/yds厚度涂覆涂覆剂，然后以40-50码/分的设备速度，在130-150℃下在加热干燥器中干燥40-90秒。然后，为了确保形状稳定，以50-80码/分的设备速度，在拉幅机中在130-170℃下对涂覆后的织物进行第2次干燥并持续30-60秒。 
通过上述工序，可以获得本发明所期望的具有优良防水性及透湿性的涂覆织物产品，并且仅仅涂覆1次就可通过防水测试。根据织物面料的特性和种类，涂覆次数有所差异，如需要理想的防水性，例如雨衣，可重复涂覆2-4次。 
以下，结合实施例进一步详细说明本发明。以下实施例用来具体说明本发明，本领域的普通技术人员应当理解根据本发明的要旨这些实施例只是说明性的，本发明的范围并不限于以下实施例。 
通过申请人自行测试和韩国纱线织物测试研究院的对下述实施例中各种性能及特性的测试，结果如下。 
(1)防水性 
尽管测试根据织物面料的特性有所差异，对于1次涂覆测试，根据美国纺织化学师与印染师协会(AAATCC)第35项雨水试验，在2英尺高度喷射雨水2分钟，由于附着于面料背面的吸湿纸的重量不超过1g，因此织物面料合格。根据将涂覆次数控制为2-4次及控制涂覆量进行的测试，可以发现，涂覆次数和涂覆量越多，防水性越高。 
与使用油性聚氨酯树脂时相比，该结果显示出更强的防水性。其原因是油性产品使用MEK、DMF、甲苯等作为溶剂，所以其挥发点比水低而干燥速度快，但表面平滑度由此降低，所以防水性较差。相反，根据本发明的水分散聚氨酯涂覆剂，虽然其干燥速度慢，但薄膜能良好地形成在织物涂层上，因此，防水性被显示为比油性涂覆剂强。 
(2)透湿性 
对于织物来说，透湿性为非常重要的性能，若透湿性低，则在活动时人体内所产生的汗不能及时排出，会使人感到不舒服。而高透湿性的织物，其 汗的排出量多，也可以始终维持舒服状态。关于透湿性测试，根据ASTME96-90淋雨法，倒杯型测试，在温度31-33℃，湿度49-51％的条件下进行。 
根据本发明涂覆的产品的透湿性基本上维持在3,000-7,000g/m2/24h水平，涂覆一般衣服时不需另外进行透湿性涂覆。 
以往的油性聚氨酯树脂，在完全没有透湿性时和透湿性高时，涂层种类或涂层方法偏差较大，因此应该根据所需的透湿性改变树脂的种类或涂层方法，但根据本发明的涂层方法，基本上可以确保3,000-7,000g/m2/24h水平的透湿性。 
能够确保这样的透湿性水平是因为具有亲水基，同时，水干燥之前本来就有的微小颗粒干燥后在有水的地方会形成微细气孔，通过该气孔排出汗。 
(3)耐洗涤性 
在KSK0430(40℃)下执行洗涤色牢度测试，并且确认洗涤后的染色织物没有脱色或变色。而且，在上述测试中，满足有关水洗的美国纺织化学师与印染师协会(AATCC)第61项规定以及有关干洗的美国纺织化学师与印染师协会(AATCC)第132项规定的测试条件。 
以往的油性聚氨酯涂层需根据涂层种类，洗涤方法分为水洗和干洗，还必须划分温度条件(水或干燥温度等)。但根据本发明的纤维涂层产品可以同时进行水洗和干洗，尤其适合于干洗。 
(4)环保性 
根据JIS L 1041.5.3.1.B，2.4戊二酮法测定甲醛(mg/kg)的含量，其结果显示几乎不含甲醛。 
实施例1：制备根据本发明的涂覆剂以及织物(I) 
从尼龙、聚酯中选择较薄的织物面料，先进行精炼、染色、拨水处理等预处理过程。 
制备包含下述组成的水分散聚氨酯树脂混合物：按重量计30％的脂肪族异氰酸酯的多元醇聚合物，0.5％的三乙胺作扩链剂，2％的N-甲基二乙醇胺作离聚物，以及67.5％的水；制备包含下述组成的增稠剂：按重量计30％的碱性共聚物化合物，1.5％的碱性聚氧乙烯硫酸钠，0.07％的硫酸钾，以及68.43％的水；将每100重量份的水分散聚氨酯树脂混合物与4.5重量份所述增稠剂和50重量份的水混合，并对上述混合物进行搅拌，从而制备粘度为7,000cps的 涂覆剂。 
利用浮刀或气刀将20-50g/yds的湿式涂覆剂涂覆在织物面料上，在130-150℃下在加热干燥器中干燥40-90秒，然后在130-170℃下固化30-60秒。 
为了确认经过所述第1次涂覆过程后的织物的功能，韩国纱线织物测试研究院进行了测试。根据测试结果，确认的是防水度为500-1,000mm，透湿度为4,000-7,000g/m2/24h，其耐洗涤性出色，尤其是干洗兼容性出色。 
实施例2：制备根据本发明的涂覆剂以及织物(II) 
从尼龙、聚酯中选择较厚的织物面料，先进行精炼、染色、拨水处理等预处理过程。 
制备包含下述组成的水分散聚氨酯树脂混合物：按重量计30％的脂肪族异氰酸酯的多元醇聚合物，0.5％的三乙胺作扩链剂，2％的N-甲基二乙醇胺作离聚物，以及67.5％的水；制备包含下述组成的增稠剂：按重量计30％的碱性共聚物化合物，1.5％的碱性聚氧乙烯硫酸钠，0.07％的硫酸钾，以及68.43％的水；将每100重量份的水分散聚氨酯树脂混合物与3重量份所述增稠剂和50重量份的水混合，并对上述混合物进行搅拌，从而制备粘度为6,000cps的涂层剂。 
利用浮刀或气刀将20-50g/yds的湿式涂覆剂涂覆在织物面料上，在130-150℃下在加热干燥器中干燥40-90秒，然后在130-170℃下固化30-60秒。 
为了确认经过所述第1次涂覆后的织物的功能，韩国纱线织物测试研究院进行了测试。根据测试结果，确认的是，防水度为400-1,000mm，透湿度为4,000-8,000g/m2/24h，其耐洗涤性出色，尤其是干洗兼容性出色。 
实施例3：制备根据本发明的涂覆剂以及织物(III) 
从尼龙/棉、聚酯/棉、聚酯微纤等中选择混纺品，先进行精炼、染色、拨水处理等预处理过程。 
制备包含下述组成的水分散聚氨酯树脂混合物：按重量计30％的脂肪族异氰酸酯的多元醇聚合物，0.5％的三乙胺作扩链剂，2％的N-甲基二乙醇胺作离聚物，以及67.5％的水；制备包含下述组成的增稠剂：按重量计30％的碱性共聚物化合物，1.5％的碱性聚氧乙烯硫酸钠，0.07％的硫酸钾，以及68.43％的水；将每100重量份的水分散聚氨酯树脂混合物与5重量份所述增稠剂和80重量份的水混合，并对上述混合物进行搅拌，从而制备粘度为5,000cps的 涂覆剂。 
利用浮刀或气刀将20-50g/yds的湿式涂覆剂涂覆在织物面料上，在130-150℃下在加热干燥器中干燥40-90秒，然后在130-170℃下固化30-60秒。 
为了确认经过所述第1次涂覆后的织物的功能，韩国纱线织物测试研究院进行了测试。根据测试结果，确认的是防水度为400-1,000mm，透湿度为4,000-7,000g/m2/24h，其耐洗涤性出色，尤其是干洗兼容性出色。 
实施例4：根据本发明的涂覆2次 
在与所述实施例1相同的条件下实施1次底涂，与实施例3相同的条件下实施1次顶涂。 
为了确认经过所述第2次涂覆过程后的织物的功能，韩国纱线织物测试研究院进行了测试。根据测试结果，确认的是，防水度为600-5,000mmH2O，透湿度为2,000-5,000g/m2/24h，其耐洗涤性出色，尤其是干洗兼容性出色。 
在所述各种织物的实施例中，对于要求更高的耐洗涤性及粘贴性的织物，在每100重量份的水分散聚氨酯树脂混合液中加入1-3重量份的脂肪族环氧交联剂。脂肪族环氧交联剂中不仅未检测到福尔马林，而且还提高了织物的剥离强度。若交联剂的使用过量，例如使用量超过3重量份时，虽然能提高剥离强度，但触摸感变硬，柔性降低，当使用量低于1重量份时，难以获得足够的剥离强度。 
另外，采用自然法或机械法消除结合树脂时所产生的气泡，才能在干燥过程中得到均匀且平滑的涂层表面，因此非常重要。但是，消泡剂作用机制非常复杂又很难说明，因此在多种消泡剂中，选择合适的消泡剂并不是容易的。在本发明中，考虑现场的生产能力以及可操作性，在每100重量份的水分散聚氨酯树脂混合液中加入0.5-1.0重量份的水性有机硅消泡剂，以避免繁杂的消泡工序。但是，要注意当消泡剂的使用量过多时，虽然其消泡效果出色，但有可能降低剥离强度。 
另外，在每100重量份的如上制备的涂覆剂中加入3-50重量份的以SiO2、Al2O3、Na2O为主成分的直径3-5μm的沸石，进一步赋予吸湿性、通气性、阴离子及远红外线等功能。 
而且，在每100重量份的涂覆剂中进一步加入5-25重量份的直径3-5μm、 纯度90-99.9％的碳粉，对织物赋予阻隔电磁波以及防静电功能；以及在每100重量份的涂覆剂中加入0.5-5重量份的香味胶囊，进一步使得织物散发出香味。尤其，对于油性涂覆剂，会发生因油而导致微胶囊被破坏的问题，但水性涂覆剂将不破坏胶囊，因此香味可以长时间维持。 
而且，可以选择抗菌剂、脱臭剂、除臭剂中的一种或多种，并且在每100重量份的涂覆剂中加入1-50重量份的抗菌剂、脱臭剂、除臭剂中的一种或多种，并涂覆在织物上，此织物可以用作衣服、壁纸和医院床单等。 
此外，为了显示出多种颜色，可以在每100重量份的涂覆剂中加入1-50重量份的水性颜料；并且可以在每100重量份的涂覆剂中进一步加入5-80重量份的水性有机硅，提高强度及弹性；在每100重量份的涂覆剂中进一步加入0.1-10重量份的珍珠粉，使织物表面闪光。 
如上所述，在涂覆剂中进一步加入沸石等时，利用浮刀或气刀，将进一步加入所述沸石等的涂覆剂以厚度20-100g/yds涂覆于预处理过的织物面料上，在130-150℃下加热干燥40-90秒，然后在130-170℃下固化30-60秒，从而完成织物的涂覆。 
尽管已结合本发明的若干优选实施例进行了描述，该描述仅是说明性的，并不能理解为限定本发明的内容。显而易见，本领域的技术人员可在不脱离本发明的权利要求的精神和范围内进行各种修改和变化。 

Claims (11)

1.一种应用水性聚氨酯涂覆织物以获得具有优良的防水性及透湿性织物的方法，包括：
制备包含下述组成的水分散聚氨酯树脂混合物：按重量计30％-50％的脂肪族异氰酸酯的多元醇聚合物，0.4％-1％的三乙胺作扩链剂，2％-3％的N-甲基二乙醇胺作离聚物，以及46％-67.5％的水；
制备包含下述组成的增稠剂：按重量计28％-30％的碱性共聚物化合物，1％-2％的碱性聚氧乙烯硫酸钠，0.05％-0.1％的硫酸钾，以及67.9％-70.95％的水；
将每100重量份的水分散聚氨酯树脂混合物与3-5重量份所述增稠剂和30-80重量份的水混合，并对上述混合物进行搅拌，从而制备水性氨基甲酸乙酯涂覆剂；以及
将所述水性氨基甲酸乙酯涂覆剂用浮刀或气刀以厚度20-100g/yds涂覆于预处理过的织物面料上，该经涂覆的织物面料在130-150℃下在加热干燥器中干燥40-90秒，然后在130-170℃下固化30-60秒。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述水性氨基甲酸乙酯涂覆剂的粘度为5,000-10,000cps。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，每100重量份的所述水性氨基甲酸乙酯涂覆剂中加入1-3重量份的环氧交联剂。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，每100重量份的所述水性氨基甲酸乙酯涂覆剂中加入0.5-1重量份的水性有机硅消泡剂。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，每100重量份的所述水性氨基甲酸乙酯涂覆剂中进一步加入3-50重量份的沸石。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，每100重量份的所述水性氨基甲酸乙酯涂覆剂中进一步加入5-25重量份的碳粉。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，每100重量份的所述水性氨基甲酸乙酯涂覆剂中进一步加入0.5-5重量份的香味胶囊。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，每100重量份的所述水性氨基甲酸乙酯涂覆剂中混合和进一步加入1-50重量份的抗菌剂和脱臭剂中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，每100重量份的所述水性氨基甲酸乙酯涂覆剂中进一步加入1-50重量份的水性颜料。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，每100重量份的所述水性氨基甲酸乙酯涂覆剂中进一步加入5-80重量份的水性有机硅。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，每100重量份的所述水性氨基甲酸乙酯涂覆剂中进一步加入0.1-10重量份的珍珠粉。
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