涂层技术的新动向涂层技术的新动向查理派克

涂层技术的新动向,涂层技术的新动向

1熔融体涂层涂层技术的创新是多方面的，其中涂层材料的研发是最活跃的。新的、优秀的涂层材料的出现，往往会催生新的涂层设备、工艺和产品，所以一直是涂层工作者注视的焦点。近年来，引人注目的是热塑性涂层剂熔融体涂层的开发，对涂层技术的发展有着重大的影响对涂层剂，大致有以下三个方面的要求。①工艺性能好，涂层操作容易掌握、容易调节，品种也多；②经济，即"成本/功能"较低；③对环境友好，即节约资源、减少污染，使用可回用或可再生的产品。长时间来，我们使用的溶剂型涂层剂工艺性能比较好，所以广泛使用，用量也比较大。但由于使用大量有机溶剂，很不经济；且它们易燃、有毒，带来很多麻烦；最令人不安的是它们对环境的危害。因此想方设法减少或消除这些缺点，例如烟道气的喷淋吸收法、单一溶剂法、焚烧法等，效果都不理想。亦有人想彻底不用溶剂或分散媒介，即研制100%含固量的涂层剂。他们用预聚体代替溶剂，使整个涂层材料具有必需的流动性，然后在涂布后的固化工序中，完成聚合反应。这项研究工作持续了许多年，仍未成功。而最近几年发展很快的熔融体涂层，才真正实现了无溶剂，也不用水作分散媒介的目标，它用的原料主要是热塑性聚氨酯，通过下列三类设备进行涂布:(1)单螺杆挤出机后接槽口模，热塑性粒料在挤出机中塑化熔融，然后通过槽口模形成流涎膜，用一对辊筒将膜压在基布上；(2)在熔融槽中或一对熔融辊将粒料熔融，由辊与辊之间狭隙控制膜的厚度，然后通过加压辊、转移辊、轧纹辊等等和基布复合、冷却和进一步加工。这一类设备价格比单螺杆挤出机低一些，是目前熔融体涂层设备的主流；(3)圆网涂头和圆网印花机结构大致相同，在刮刀和圆网之间安排一根送料管，把熔融体送进圆网，依靠刮刀压力，使熔融体透过圆网粘在基布上。圆网涂头的关键在于用循环热空气将圆网及周边区域均匀加热，并保持在一定温度范围内，才能使涂布操作稳定地进行。这三类设备各有特长，挤出法可以得到完整的薄膜，而多辊系统、圆网涂头可以作点涂，也可以涂出图案花纹。这三类设备也可以作层压机，涂层材料是粘合剂，把两层薄片粘在一起。由于熔融体涂层、层压的设备成功用于生产，对环境的好处及在经济上、产品质量上的优点是很明显的。使用这类设备，完全免去了烘箱，节省了投资，节省了烘箱消耗的大量能源，烘燥过程中所产生的质量病疵也随之消失了。目前熔融体涂层设备价格比较高，生产的品种也比较少，不能期待它完全取代溶剂型涂层和水分散体涂层，但它的优越性是明显的，它代表涂层工艺发展的一个方向。2气-固相涂层另一个有意义的发展是气-固相涂层工艺的出现，文献上称之气相沉积法，即利用物理的手段，将涂层材料的蒸汽沉积在基布上。真空涂铝和磁控溅射涂合金的技术，都属于这种方法，但近年来出现的大气压下等离子体加工法有了两个突破：在大气压下加工，不必局限在真空的容器里，使加工处理简便易行，有人称赞它是耐用的、廉价的、易调整的、多功能的方法；其次，涂层材料不限于金属，也可涂非金属，现在已有电晕放电外加气溶胶喷射器的技术，在等离子体的作用下，气溶胶内的物质会和基布纤维发生反应，从而提升了织物的功能。等离子体加工最早用于整理织物、涂层织物的前处理，因为它能清洁、刻蚀纤维表面或使纤维表面变性，使原来光滑的表面变成凹凸不平，从而提升了整理的效果；或使原来呈化学惰性的材料获得更好的粘结力，因而成功地应用到聚四氟乙烯膜的层压织物的生产过程中。这种刻蚀发生在纤维的浅表面，不会影响纤维的力学性能。在等离子体加工时，使用氦气和三氟甲烷(或其它碳氟化合物)为介质，能在刻蚀作用的同时，在纤维表面导入含氟基团，形成很薄的拒水层，这对于原来有亲水性的织物来说(如棉、丝、维纶)，既有拒水性，又不失其透气透湿性，加工方法又很简单，这是个很好拒水整理的方法。均匀的等离子体处理器配上均匀的气溶胶喷射器，可使织物获得更多的功能，如抗菌性、防水解性、防静电(积聚)性、聚氨酯涂层膜的抗抓刮性等等。大气压下等离子体加工技术，是完全不用溶剂、不用水的气固相加工方法，既经济而无公害，它使传统整理加工时繁复的过程变得十分简单、所以它被认为是21世纪最有潜力的新技术。3纳米技术在涂层中的应用最近，涂层技术产品的研发工作中有个趋向，是依靠添加剂获得功能，即涂层剂本身不是产生功能的主体，只是添加剂的载体，它对添加剂中的功能成份起着传递和控制释放的作用。而最热门的添加剂就是纳米材料，例如，微米级或纳米级的二氧化铁、二氧化硅、氧化锌、氧化铝以及金属铝、银的粉末，它们有屏蔽紫外光、抗菌等等功能。纳米材料的功能源于它巨大的表面积，表面积的增加使表面的活性分子或分子团数量大增，产生意想不到的效果。例如，铝的纳米粒子(粒径小于50nm)，可用作芳纶织物的透明涂层剂，数层这样的织物可阻挡枪弹或刺刀的穿透；棉织物上涂上含锌或硅纳米粒子的聚氨酯涂层剂，可以降低热释放的峰值；在聚酯或聚酰胺织物上涂上含硅或铝的纳米粒子的聚丙烯酸酯涂层剂，撕破强力有明显提高。但是，纳米级的粒子有可能聚集成大粒子，因而丢失大量面积，效果也就下降，即使用的是纳米材料，没有稳定化的措施，也就得不到纳米技术的效果。稳定化措施有多种，例如，将纳米粒子在有机溶剂中加热回流数天形成溶胶，可以稳定化；高剪切力的混合器，也有阻止聚集的作用。无机-有机混聚物，是使用纳米材料获得优良效果的实例。它将性能相异的材料——无机物如玻璃、陶瓷的微粒，有机物如聚硅氧烷(或其它聚合物)在分子水平上结合起来，构成混聚物，形成均质的复合材料。以玻璃-聚硅氧烷体系为例，是从烷氧基硅烷开始的，在某些配方中也用金属烷氧化合物，经过酸或碱的水解、催化反应，生成低聚物或预聚体，即为溶胶。而无机-有机网状组织的形成，是反应性的基团交联反应的结果，这种纳米溶胶分散体可用一般的涂层方法施加在织物上，它在纤维上形成湿膜，通过加热烘干、去除水或醇，再通过焙烘(或紫外光照射固化)生成二维或三维的网状组织，形成固化的涂层膜。这个过程称为溶胶-凝胶过程。而发生这种凝胶反应的先决条件是无机组分必须有很大的表面积，无机和有机组分之间产生化学键联结的密度必须达到--定高度，才能对混聚物的性能产生明显的影响。而混聚物的性能，是无机、有机组分协同作用的结果。例如，使用适度氟化的聚硅氧烷为有机组分，使涂层织物表面产生拒水的特性，无机组分又改变了纤维表面的形态，两者结合使纤维表面的涂层膜既有超拒水性，又有自洁功能，就像白然界的荷叶表面一样。这种涂层剂已经成功地用作建筑物的外墙涂料。改变聚硅氧烷的功能性基团，可使无机-有机混聚物具有不同的功能，或兼有几种功能。这类混聚物膜的基本性能是透明、强韧、耐磨，所以可作眼镜片或透镜的保护膜；如果在网状结构上连接能降低电阻的官能团，就能使涂层膜兼有防静电积聚的功能；混聚物膜是有高度屏蔽性的软膜，能阻挡潮气和芳香族物质的蒸汽，因此可防止增塑剂的泳移，而这种泳移恰是使聚氯乙烯老化、散发不愉快的气味、污染相邻物质的原因；如果在网状结构上，通过化学键连结具有杀菌能力的活性物质，可减少甚至完全阻止微生物在膜表面的寄生和繁殖，从而具有抗菌功能。（中国纺织科学研究院/罗瑞林)

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