摘 要：以丙烯酸丁酯（BA）为软单体、丙烯酸甲酯（MA）为硬单体、2-乙基己烷丙烯酸酯（2-EHA）为特软单体、丙烯酸（AA）为亲水单体、二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDM）为交联剂、平平加（O-25）和十二烷基硫酸钠（SDS）为复合乳化剂、过硫酸钾（KPS）和偏重亚硫酸钠（SM）为氧化还原型引发剂，采用乳液共聚法合成环保型静电植绒胶。 结果表明：当 m（BA）∶m（MA）∶m（2-EHA）∶m（AA）∶m（EGDM）∶m（0-25/SDS）∶m（KPS/SM）=100∶40∶4∶8∶3∶（26/7）∶（1/1.0）时，胶粘剂稳定性较好；此时静电植绒织物中无游离甲醛含量和APEO 含量 ，其摩擦牢度＞2 500 次且柔软度为 4~5 级 ，符合生态服装面料的使用要求 。

 

关键词：服装，静电植绒，胶粘剂，摩擦牢度，柔软度，游离甲醛，织物

 

静电植绒是在高压静电场中将电着处理好的短纤维定向植于涂有胶粘剂的基材表面，再经预烘、焙烘等过程制备而得。静电植绒作为表面加工技术，有其独特的优越性，可以在织物、纸张、塑料、橡胶、木材、玻璃、金属和陶瓷等各种立体和非立体的基材上植绒，已广泛用于汽车、文具、包装业、装潢、仪器和仪表等众多行业，并具有耐磨、滑润、密封、隔音、隔热、防烫、防腐和防污等功能，既美观又实用^[1]。

 

胶粘剂是影响静电植绒产品质量的主要因素之一， 其性能直接决定了植绒产品的植绒牢度和手感的好坏。 目前应用于静电植绒的胶粘剂 90%以上是聚丙烯酸酯类乳液， 其特点是价廉、 制备和使用方便、耐老化性优以及对多种纤维都有很好的粘接力，是一种较理想的胶粘剂。但是，传统的丙烯酸酯类胶粘剂用于服装类产品时， 在耐磨性和柔软性方面还达不到使用要求；另外，大多数丙烯酸酯类胶粘剂的交联单体为 N-羟甲基丙烯酰胺，交联后会缓慢释放出有害于人体健康的甲醛；此外，所用乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚（APEO），属于环境激素，会扰乱人体的内分泌系统。因此，目前市场还没有符合高档服装面料要求的静电植绒胶。

 

本研究为了顺应市场需求而开发了服装用静电植绒胶，选用不含甲醛的功能单体作为交联剂、不含APEO 的表面活性剂作为乳化剂 ，并选用氧化还原体系的复合引发剂， 在合适的单体质量配比下合成出一种环保型静电植绒胶。 将涂有该胶粘剂的织物进行静电植绒后，制成的植绒布符合无甲醛、不含 APEO、 耐磨和手感柔软的生态服装面料的使用要求^[2]。

 

丙 烯 酸 （AA）、丙 烯 酸 甲 酯 （MA）、丙 烯 酸 丁酯（BA）、2-乙基己烷丙烯酸酯（2-EHA）、二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDM），工业级，北京东方化工厂；平平加（O-25），工业级，吉林化工公司；十二烷基硫酸钠（SDS），工业级，上海牙膏厂；氨水（28％），工业级，上海波尔化学试剂有限公司；过硫酸钾（KPS）、偏重亚硫酸钠（SM），工业级，宜兴市第二化学试剂厂；消泡剂，工业级，市售。

 

大红尼龙 6 绒毛（1.5 D×0.5 mm）[D 是 denier 的简写， 它是指纤维在公定回潮率下，9 000 m 长度所具有的质量（g）]，常州印染研究所实验工厂；人造棉（29 tex×29 tex，236 根/10 cm×236 根/10 cm），宜兴人造棉布厂。

TG16-WS 台式高速离心机，湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；F140-Ⅱ型高压静电发生器，复旦大学附属中学实验工厂；电动摩擦牢度仪，自制；722 型可见分光光度计， 上海精贤光电科技有限公司；NDJ-1 旋转式黏度计、752N 紫外可见分光光度计， 上海精密科学仪器有限公司；101A-3E 电热鼓风干燥箱，上海实验仪器有限公司；HH-8 恒温水浴锅，金坛新航仪器厂。

 

将去离子水、乳化剂加入反应釜中，边搅拌边升温至 40 ℃；将单体、交联剂加入 1 号高位槽中，把其中 1/4 混合液放入反应釜中， 引发剂溶液加入 2 号高位槽；将反应釜升温至 50 ℃，把 2 号高位槽中 1/3料放入反应釜中，50 ℃保温反应 0.5 h； 继续升温至65 ℃ ， 开始快速自然升温 （ 最高温度达 90 ℃ 以上），冷却回温至 70 ℃；之后将 1 号、2 号高位槽中的余料在 2 h 内同时加入到反应釜中，70 ℃保温反应 1 h，冷却至 40 ℃以下，过滤出料。

（1）配方与调浆 ： 在配浆桶中加入 30 kg 胶粘剂、0.3 kg 消泡剂，高速搅拌 3 min，然后加入 28％氨水 0.5 kg，搅拌 5 min 即可。

（2）植绒条件：电压 30 kV，极距 10 cm。

（3）工艺流程：将浆料刮涂在人造棉基布上（涂胶量为 130 g/m2），用尼龙 6 绒毛进行植绒，80~90 ℃预烘 2 min，160 ℃焙烘 3 min。

（1）乳液稳定性 ：将乳液在 3 000 r/min 条件下离心分离 30 min，观察其分层情况。

（2）乳液增稠黏度 ：采用旋转式黏度计进行测定（测试温度为 25 ℃，转速为 12 r/min）。

（3）摩擦牢度：按照 GB/T 420-2009 标准 ，采用电动摩擦牢度仪进行测定（压力为 9 kPa，室温测试，摩擦头在 20 cm 范围内往复运动，露底为终点）。

（4）柔软度：根据手感和柔软样卡进行评定（5 级9 档制，1 级最差，5 级最好）。

（5）游离甲醛含量 ：按照 GB/T 2 912.1-2009 标准，采用可见分光光度计进行测定。

（6）APEO 含量（水萃取法）：采用紫外可见分光光度计进行测定。

丙烯酸酯单体合成聚合物的反应为自由基加成聚合反应，反应的条件是反应体系中存在自由基。若用单一过硫酸盐作为引发剂，约在 80 ℃时有合适的半衰期，分解出的初级自由基对单体进行链引发、链增长和链终止反应，则聚合反应温度应控制在 80 ℃。聚合反应温度越低， 生成的聚合物相对分子质量越高，聚合物成膜后柔软性越好，故为了降低聚合反应温度，可采用氧化还原引发体系。氧化还原型引发剂在较低的温度下会分解出初级自由基，并且在 70 ℃左右有合适的半衰期，但其用量不宜过多（否则会降低产物的相对分子质量，影响乳液稳定性）或过少（否则产物中未反应单体含量较高， 聚合反应难以完成）。 氧化还原型引发剂用量（相对于 BA 质量 100而言）对胶粘剂和静电植绒织物性能的影响如表 1所示。 由表 1 可知：当 m（KPS）∶m（SM）=1∶1.0 时，胶粘剂的稳定性相对最佳， 静电植绒织物摩擦牢度相对最好、柔软度相对最高。

 

 

乳化剂的作用是降低单体油相和水相间的界面张力，在乳液聚合过程中起乳化单体、增溶单体和稳定聚合物乳液的作用。 如乳化剂中含 APEO，则会产生环境激素，即 APEO 具有类似“雌性效应”和畸变作用，能扰乱人体正常的激素分泌。APEO 中包括壬基酚聚氧乙烯醚（NPEO）、辛基酚聚氧乙烯醚（OPEO）、十二烷基酚聚氧乙烯醚（DPEO）和二壬基酚聚氧乙烯醚（DNPEO）等，这类非离子表面活性剂已被欧共体所禁用。非离子表面活性剂的临界胶束浓度较低，并且其乳化力较强，因此，在丙烯酸酯乳液聚合中乳化剂以非离子表面活性剂为主， 但非离子表面活性剂仅有水化作用，乳液稳定性较低。若在乳胶粒子表面少量插入阴离子表面活性剂，以增加电荷斥力，则乳液稳定性相对较高，但乳化剂用量不宜过少（乳液不稳定）或过多（涂膜中残留大量乳化剂，摩擦牢度差）。 乳化剂用量（相对于 BA 质量 100 而言）对胶粘剂和静电植绒织物性能的影响如表 2 所示。 由表 2可知：当 m（O-25）∶m（SDS）=26∶7 时，胶粘剂的稳定性相对最佳。

 

 

合成胶粘剂的单体分为基本单体和少量的功能单体，基本单体按玻璃化转变温度（Tg）高低可分为软单体和硬单体。 软单体有 EA、BA 和 2-EHA，酯基碳链越长，说明该单体柔软性较好（内增塑性越强）；2-EHA 的 Tg相对最低，其柔软性相对最好，但配比高易发黏，致使乳液稳定性较差。 因此，基本单体中软单体以 BA 为主。 硬单体通常有甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（St）和丙烯腈（AN）等，还有软度适中的单体 MA， 这些单体能增强聚合物成膜后的强度、弹性和耐磨性。 根据 Tg公式可计算出，当w（BA）=100%、w（MA）=40%时，聚合物的 Tg＜-20 ℃，符合服装面料的手感要求。

 

胶粘剂除了基本单体外，还有少量的功能单体，功能单体的 Tg较高，为了保证静电植绒织物具有符合服装面料要求的柔软手感， 适当加入特软单体可以弥补功能单体高 Tg所带来的负面影响^[4]。 2-EHA的 Tg较低且柔软性较好，但其用量大时，胶粘剂稳定性和摩擦牢度下降。 2-EHA 用量（相对于 BA 质量而言）对胶粘剂和静电植绒织物性能的影响如表 3所示。 由表 3 可知：随着 2-EHA 用量的增加，稳定性和摩擦牢度下降，柔软度增加。 综合考虑，选择w（2-EHA）=4%时较适宜。

 

 

AA 单体中有羧基， 合成的聚合物中若含有亲水基团，则聚合物与水形成的界面张力较低，乳液稳定性较高。聚合物中羧基与氨水中和后，羧酸铵基团亲水性进一步增强，造成高分子链伸展而破乳，使分散体系黏度增大而形成浆料状。 AA 用量（相对于BA 质量而言）对胶粘剂和静电植绒织物性能的影响如表 4 所示。 由表 4 可知：AA 用量增加，胶粘剂的稳定性增强，黏度增稠快，但柔软度下降。综合考虑，选择 w（AA）=8%时较适宜。

 

 

在丙烯酸酯乳液聚合中， 加入交联单体可使聚合物带有官能团。该官能团在聚合过程中不反应，只有在静电植绒织物焙烘过程中该官能团才与纤维发生交联反应，使摩擦牢度增加，但柔软度降低。 如果官能团为羟甲基， 则静电植绒织物上会产生游离甲醛（甲醛能损伤眼睛，易导致皮炎或皮肤癌）。生态纺织品标准对纺织品中游离甲醛含量有明确限值。 本研究用 EGDM 替代 N-羟甲基丙烯酰胺交联单体，纺织品中未检测出游离甲醛含量^[5]。 EGDM 用量（相对于 BA 质量而言）对胶粘剂和静电植绒织物性能的影响如表 5 所示。

 

 

由表 5 可知：随着 EGDM 用量的增加，胶粘剂的稳定性开始下降，静电植绒织物的摩擦牢度增加、柔软度下降。 综合考虑，选择 w（EGDM）=3%时较适宜。

 

试验了每种原料对胶粘剂和静电植绒织物性能的影响，得到了原料的最佳试验值[6]。 以最佳原料质量配比 m（BA）∶m（MA）∶m（2-EHA）∶m（AA）∶m（EGDM）∶m（O-25/SDS）∶m（KPS/SM）=100∶40∶4∶8∶3∶（26/7）∶（1/1.0）合成的胶粘剂， 其实测性能如表 6 所示。 由表 6 可知：用上述配比配制的胶粘剂，稳定性较好；用氨水中和所得植绒浆黏度适中，适合静电植绒要求；静电植绒织物摩擦牢度较高、手感柔软，并且不含甲醛和APEO 有害物质。

 

 

（1）合成静电植绒胶的最佳原料配比为 m（BA）∶m（MA）∶m（2-EHA）∶m（AA）∶m（EGDM）∶m（O-25/SDS）∶m（KPS/SM）=100∶40∶4∶8∶3∶（26/7）∶（1/1.0）。

（2）静电植绒织物的摩擦牢度超过 2 500 次，柔软度为 4～5 级。

（3）静电植绒织物中甲醛含量和 APEO 含量均未检出，符合生态服装面料的使用要求。