现在通过应用不同的化学整理可以改善非织造基布最终的使用特性。通常非织造产品的最终物理性能和功能性是在纤网形成之后采取化学整理方法获得的,化学整理剂可以通过如浸润、喷涂、泡沫或印花等不同方法施加到非织造基布上,在采用这类方法之后通常要进行干燥,以去除剩余的溶剂,尤其是水。有些化学试剂提供防止细菌和病毒的抗微生物保护或者为了提高某种特定非织造布的吸水性而提供亲水特性;而另一些试剂提供抗静电性或者提高非织造布的染色性或遮光性。聚合物乳液主要增加非织造布的强度和完整性。本文将集中介绍可以提供拒水性和(或)防水性的聚合物乳液以及可以提供耐溶剂性和阻燃性的聚合物乳液。本文还提供了一种新型的Ａｉｒｆｌｅｘ乳液的数据,当该乳液应用于不同的非织造布上时,可以赋予非织造布对液体的排斥性和防水性,同时也将讨论为非织造布提供耐溶剂性和阻燃性的其他独特的Ａｉｒｆｌｅｘ乳液。

1防护材料种类

“防护材料”这一术语取决于被阻止通过材料的种类而拥有不同的含义。例如,一些防护材料被设计用于阻止如石棉纤维或颗粒状物质等细微碎片的通过;另一些防护材料已被用于防止潮湿的水蒸气的通过或者被设计用来阻止如氧气等不同气体的通过。本文中防护材料是指不允许液体浸入,尤其是不允许水性液体的通过。针对防水性而设计的材料从卫生领域到服装和包装业都有广泛而多种多样的应用。防水纤维最终产品的应用实例包括床垫、医用窗帘和手术服、室内装饰布、桌布内衬、工作服和餐巾。

这些最终产品在使用时都需要具有一定的防水性,其要求的防水程度取决于特定的使用需要以及满足最终目标功能所需求的其他特性。当然必须是相对价格便宜的材料,尤其对于用即弃的材料。

次要特性中较重要的一个性能是湿气的通透性(ＭＶＴ)。湿气的通过不仅为与皮肤接触的材料提供舒适性,而且湿气的通透对于例如室内装饰布等的保护性应用也是至关重要的。如果不允许湿气通过材料,室内装饰布将损坏作为保护目标的下层材料。因此,防护功能和湿气通透双重功能可以在大量的最终功能中进一步扩展应用。目前拥有双重功能的材料包括微孔薄膜和熔喷非织造布或纺粘/熔喷/纺粘(ＳＭＳ)非织造布。

2测量防水性和湿气通透率的测试方法

2.1防水性测试方法

对于防护特性或者阻水能力的测试可以以不同方法进行。一种常用的方法是静压头阻力。该方法是测试在渐增的静压下材料对于水通过所产生的阻抗,直到有3滴水滴穿过材料。静压头的测试单位以液体的高度(毫米或厘米)表示。ＥＤＡＮＡ测试方法有不同系列,本文以ＥＲＴ120.1-80为例。ＭａｓｏｎＪａｒ测试方法,ＩＮＤＡ测试方法ＩＳＴ80.7-70是另一种测试方法,其通透阻抗通过测量盐溶液在持续压力下将材料表面润湿所需的时间来测定;ＩＮＤＡ测试方法80.4-70则是通过测量材料对于喷水效应下液体渗透时产生阻抗的方法,这种方法指示出当水流流到或飞溅在材料上时材料的性能。

2.2湿气通透率测试方法

湿气通透率的测量(ＭＶＴＲ)与ＡＳＴＭ方法Ｅ96、ＴＡＰＰＩ方法Ｔ448或ＩＮＤＡ方法70.2-70一致。尽管其中的每一方法都有所不同,而总体上是测量每天通过一充满水的杯子上覆盖的材料的水蒸气量[ｇ/(ｍ2·ｄ)],测试条件是相对湿度为50%,温度为21℃(70)。

湿气流量通常由于材料的“开放”或者多孔性而得到提高。多孔性的测量可以通过使用Ｆｒａｚｉｅｒ透气度测定仪确定或者采用其他方法,如ＡＳＴＭＤ737和ＩＮＤＡ测试标准70.1确定。

3通过化学整理获得防护性能

为了既获得防护性能,又可以保持可接受的湿气通透性,这对于非织造布的设计加工和改良通常是困难和(或)费用昂贵的。而将化学整理方法应用到非织造布上可以使两种性能达到平衡,这是一种独特的和性价比好的方法。为理解该化学改性方法,需要对于基本的液体排斥方程进行讨论。理想的非织造布是一种微孔材料,如图1所示。

在非织造布上覆盖一种适当的化学整理剂,但基本上不会堵塞孔隙,因此防水性能仅限于在给定的静压下。如果ｒ是孔的半径,θ是接触角,对于给定的液体表面张力是λ,则防止非织造布微孔表面被浸湿的力Ｆ是:

Ｆ=2πｒλｃｏｓθ

如果静压为Ｐ,则液体流过孔隙时:

阻止液体渗透的临界压力是:

Ｐ=2λｃｏｓθ/ｒ

通过在非织造布表面应用适当的化学整理剂,可以对特定液体产生大于90°的接触角,得到的ｃｏｓθ为负值,则阻止液体渗透的力为负值。阻力与孔径有关,孔径越小,压力梯度越大,因此阻力越大。但是,对于单独的化学溶液要求化学整理后的孔径能够使空气流和水蒸气的通过达到合适的平衡点。

为了获得防水保护和通透性双重功能需要,ＡｉｒＰｒｏｄｕｃｔｓＰｏｌｙｍｅｒｓ公司已经开发出一种新的疏水的醋酸乙烯酯—乙烯(ＶＡＥ)乳液。将其应用到非织造布上,该乳液可以通过增加所需的接触角而改变其表面能量,可以阻止水透过非织造布。取决于孔径尺寸和材料结构设计的渗透阻力可以对大量不同的应用提供仍有良好通透性的临界静压头。

4醋酸乙烯酯—乙烯乳液的防水性能与应用

aerflexep1188是新近开发的醋酸乙烯酯—乙烯共聚物乳液的商用名。该产品已被设计应用在纤维素或纤维素/合成非织造基布上,以提供表面阻水和防水特性。aerflexep1188乳液通过降低表面能或纤维表面的临界表面张力而提供防水功能。将aerflexep1188共聚物乳液以常规方式喷洒或浸透在非织造布表面上并干燥。这种共聚物含有非离子至少量阴离子电荷物质,ｐＨ值介于9.0～9.5之间,平均粘度为500ｃｐｓ。可提供各种不同最终应用特性的乳液具有以下附加的性能:(1)经核准的ＦＤＡ(176、170、176、180);(2)不含羟乙基烷基酚;(3)气味少;(4)无氟化物;(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临界表面张力的减少可通过水滴在被处理的非织造布上所形成的接触角来表示。如果临界表面张力低于被排斥的液体表面张力(水为72×10-5Ｎ/ｃｍ),那么接触角(θ)必须大于90°。为证明aerflexep1188共聚物的效果,必须在纤维素纤维的气流成网基布上测量接触角,乳液以喷洒方式施加,并在54℃(130)以上的温度下干燥。基布上的aerflexep1188共聚物涂层重量在15～20ｇ/ｍ2的范围内。去离子水作为接触角试验液。采用一台Ｋｒｕｓｓ液滴尺寸分析仪测量水滴的接触角。

表1结果证明了通过aerflexep1188共聚物处理过的基布的接触角大于90°。ＳＭＳ基布证明了由于用于生产该非织造布的聚丙烯纤维固有的疏水性而导致接触角变小。