有机硅改性聚氨酯抗皱整理剂DF-816的制备与应用yd12824

赖军1 樊丽辉2 赵瑞佳3 沈德权3 杨文堂3   1、总后勤部军需装备研究所，北京 100O10   2、沈阳化工学院，辽宁沈阳 1100353、辽宁恒星精细化工(集团)有限公司 辽宁丹东 118003

收稿日期：210-06-18

作者简介：赖军(1962-)男,硕士研究生,总后勤部军需装备研究所主任,高级工程师

  原载：染整技术2010/9；29-32

 

【摘要】采用端羟烷基聚硅氧烷、氨丙基三甲氧基硅烷、端羟基聚丁二烯、三羟甲基丙烷(TMP)、二羟甲基丁酸、异氟尔酮二异氰酸酯等为主要原料,合成出具有“遥爪式”结构的有机硅改性聚氨酯抗皱整理剂DF-816,并采用浸轧工艺对棉织物进行抗皱整理。试验结果表明,采用氨丙基三甲氧基硅烷制备的聚氨酯,端基含有可反应基团硅羟基(-Si0H),与棉纤维的羟基(-0H)反应,形成交联网络结构,可显著提高棉织物的抗皱性能；并且平挺度均可达3.5级或更高,强力损失也相对较小。

【关键词】有机硅;聚氨酯; “遥爪”式结构;抗皱整理剂

【中图分类号】TQ 62  文献标识码:A  文章编号:1005-9350(2010)09-0029-04

 

天然棉纤维纺织品吸汗性好,不易产生静电,染色效果佳,穿着舒适,但其易起皱,洗后需熨烫处理。因此,天然纤维纺织品的抗皱整理得到了广泛关注。目前,市场上应用较多的抗皱整理剂为2D树脂、多元羧酸化合物,这些整理剂普遍存在甲醛含量超标或明显降低织物强力等缺陷。

试验以端羟烷基聚硅氧烷、氨丙基三甲氧基硅烷、端羟基聚丁二烯(HTPB)、三羟甲基丙烷(TMP)、二羟甲基丁酸、异氟尔酮二异氰酸酯等为主要原料,合成有机硅改性聚氨酯抗皱整理剂,具有“遥爪”式结构,其端基含有可反应基团硅羟基(-Si0H),其可与天然棉纤维中的羧基(C00H)、羟基(0H)等活泼基团反应产生交联,增强纤维间的作用力,提高天然纤维的弹性,达到抗皱不降强的目的。其可适用于棉、麻、及其混纺织物的防皱整理,整理后的织物无游离甲醛、强力下降小,服用性能提高,是一种新型的无毒、安全、无环境污染的“绿色环保”抗皱整理剂。

1   试验

1.1  基本反应原理

1.1.1  预聚反应

 1.l.2  扩链反应

          

 1.1.3  末端封闭反应

          

1.1.4  加水分散形成末端“遥爪”式结构

          

 1.2  棉织物的抗皱整理机理

棉纤维是纤维素纤维,基本结构单元是葡萄糖,含大量羟基(-OH),抗皱整理,就是加一种交联剂,与纤维素结构中羟基(-0H)反应,形成交联网络结构,达到抗皱目的。

有机硅改性聚氨酯抗皱整理剂DF-816,就是一种交联性的抗皱整理剂,每个端基都含有三个活泼的硅羟基(Si0H),硅羟基(Si0H)与纤维素结构中羟基(-0H)在加热的过程中,进行脱水反应,形成交联网络结构,基本反应为:

          

1.2.1  反应仪器

1000mL四口烧瓶19×3/24上海市玻璃仪器厂

2000mL乳化罐  自制

单相串激电动搅拌机U200/80-220上海上微金丽电机有限公司

液晶电子拉力试验机BMT-2503深圳市新三思计量技术有限公司

1.2.2  主要原材料

端羟基聚丁烯(HTPB) 工业级淄博齐鲁乙烯化工有限公司；端羟烷基聚硅氧烷工业级美国道康宁公司；三羟甲基丙烷(TMP) 工业级德国巴斯夫公司；二羟甲基丁酸 工业级 日本化成株式会社；异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI) 工业级德国拜耳公司；N-甲基吡咯烷酮工业级德国巴斯夫公司；氨丙基三甲氧基硅烷工业级湖北德邦化工新材料有限公司；三乙胺工业级常州市东顺化工有限公司；去离子水工业级自制。

1.3  合成步骤

1.3.1  预聚反应(形成“T”型结构)

向1000mL四口烧瓶中加入准确称量的端羟基聚丁二烯(HTPB)、端羟基改性聚硅氧烷、三羟甲基丙烷(TMP)、IPDI、N-甲基吡咯烷酮和其它助剂,搅拌升温到80℃左右反应2.5h,取样,用二正丁胺法检测 NC0含量。

1.3.2  扩链反应(引入亲水基团)

-NCO含量达到要求时,加入二羟甲基丁酸和少量N-甲基吡咯烷酮稀释,在80℃左右继续反应4-5h,取样分析-NC0含量,-NC0含量控制在2.0-3.0%。

1.3.3  封闭反应

当-NC0含量达到2.0-3.0%时,降温30℃以下,加入氨丙基三甲氧基硅烷反应0.5h。

1.3.4  分散乳化(引入端基“爪”式结构)

当封闭完全,加入三乙胺,室温中和反应0.1h后,把反应产品放到乳化罐中,加去离子水进行分散乳化。取样分析,合格后过滤包装。

1.4  主要技术指标

外观    蓝光乳液

pH值    7±1

固含量    30±1%

1.5  检测方法

断裂强力按GB/T3923.1-1997《纺织品织物拉伸性能第1部分断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》,在EMT2000电子拉力机上测定；

折皱回复角按GB/3819-1997《纺织品织物折痕回复性的测定回复角法》检测；

平挺度按GB/T13769-1992《纺织品评定织物经洗涤后外观平整度的试验方法》检测；

甲醛释放量按GB/T2912.1-19⒅《纺织品甲醛的测定游离水解的甲醛(水萃取法)》测定。

2  有机硅改性聚氨酯抗皱整理剂DF-816的应用

2.1  浸轧工艺

基布：经退浆、漂白等前处理的棉织物

工艺：浸轧整理液(60g/L,白由基引发剂0.05-0.5g/L,二浸二轧或一浸―轧,轧液率80%)→烘干(80-100℃×2min)→焙烘(120-150℃×1-2min)。

取样检测,检测结果列入表1。

表1

DF816（g/L）

折皱回复角/°

断裂强力/N

强力保留率/%

平挺度/级

甲醛释放量/(mg/kg)

空白布

149

23.01

/

2.5

无

60

316

22.10

96

3.5

无

表1中数据说明,有机硅改性聚氨酯抗皱整理剂DF-816整理的织物,折皱回复角/°提高的显著,强力保留率在96%,平挺度/级达3.5级并且无甲醛检出。

3  结果与讨论

3.l  NC0/oH的比值

NC0/0H的比值是决定聚氨酯性能和产品稳定性的主要因素。NC0/0H的比值小,分子量大,但所制成的聚氨酯树脂交联点少,抗皱性能差;NC0/OH的比值越大,交联点越多,抗皱性能越好；但比值太大会造成产品稳定性变差,通常我们把比值控制在1.5之间。NCO/OH的比值对抗皱效果的影响列入表2。

表2  NCO/OH的比值对织物抗皱效果的影响

NCO/OH的比值

1.00

1.35

1.45

1.65

折皱回复角/°

165

198

302

319

产品状态

白色乳液

白色乳液

蓝光半透明液体

蓝光液体

3.2  氨丙基三甲氧基硅烷

氨丙基三甲氧基硅烷是硅烷偶联剂,引入聚氨酯结构中,使端基的一个交联基团(-NC0)变成三个交联基团[-Si(OH)3],交联点增加,抗皱能力增强,表3列出了几种(即中间结构相同)不同封端的聚氨酯整理剂的抗皱性能。

表3  不同封端的聚氨酯整理剂的抗皱性能

 

NaHSO3

甲乙酮肟

己内酰胺

氨丙基三甲氧基硅烷

折皱回复角/°

189

206

180

16

表3数据证明了,端基交联基团增加,交联点增多,抗皱能力增强。

3.3  端羟基聚丁二烯(HTPB)

端羟基聚丁二烯(HTPB)具有可反应的碳碳双键(C=C),聚丁二烯橡胶本身就具有优异的弹性,由其合成的聚氨酯的弹性、抗皱性能与普通聚酯、聚醚合成的聚氨酯的弹性、抗皱性能是不同的。

采用分子量2000,端羟基聚丁二烯(HTPB)、聚醚PPG2000、聚四氢呋喃PTMG2000和聚己内酯PCL200O合成的聚氦酯,抗皱性能列入表4。

表4 不同类型聚氨酯整理剂的抗皱性能

PU类型

HTBP型

PPG型

PTMG型

PCL型

折皱回复角/°

316

208

235

201

由表4可知,HTPB型聚氨酯整理剂的抗皱性能明显高于其它类型聚氨酯整理剂,这是因为HTPB含有乙烯基双键,使用过程中添加的自由基引发剂,在加热过程中产生自由基,引发HTPB乙烯基双键的自由基聚合,自身形成交联网络结构,增加弹性,增

加抗皱性能。

3.4  端羟烷基改性聚硅氧烷

端羟烷基取性聚硅氧烷在抗皱整理剂中的主要贡献,是提高织物的柔软性能,改善织物的手感,用量多少对织物的强度、抗皱性能也有影响。表5列出了端羟烷基改性聚硅氧烷用量多少,对织物的影响。

      表5

端羟烷基改性聚硅氧烷（%）

0.00

5.56

8.02

10.01

13.94

折皱回复角/°

330

321

319

308

286

断裂强力/N

20.9

21.1

22.0

22.7

23.0

手感

较粗糙

较柔软

柔软

柔软

柔软

    从表5可以看出,随着端羟烷基改性聚硅氧烷的增加,折皱回复角/° (即抗皱性能)降低,断裂强力增加,柔软性能增加,这是由于端羟烷基改性聚硅氧烷的增加,而端羟基聚丁二烯(HTPB)的量相对减少,交联点减少,折皱回复角/°降低,则断裂强力、柔软性能增加。

3.5  三羟甲基丙烷(TMP)

三羟甲基丙烷是为有机硅改性聚氨酯抗皱整理剂DF-816提供“T”型结构,随着三羟甲基丙烷的用量增加,交联点增加,织物的抗皱性能提高。但是,三羟甲基丙烷用量太大,易造成聚氨酯乳液凝胶。表6列出了三羟甲基丙烷用量对织物抗皱性能的影响。

表6  三羟甲基丙烷(TMP)用量对织物抗皱效果的影响

TMP/%

0.0

1.5

3.5

5.5

9.5

16

折皱回复角/°

186

217

263

299

323

/

4   结论

采用端羟烷基聚硅氧烷、氨丙基三甲氧基硅烷、端羟基聚丁二烯、三羟甲基丙烷、二羟甲基丁酸、异氟尔酮二异氰酸酯等为主要原料,NC0/0H为1.5合成出的有机硅改性聚氨酯抗皱整理剂DF-816,因为具有“T”型结构,端基含有可反应的“爪式”结构,硅羟基[-Si(0H)3]可与棉织物纤维结构中的羟基(-OH)进行交联反应,形成交联网络结构,显著提高棉织物的弹性、抗皱性能,且提高平整度,同时强力损失也相对较小,该抗皱整理剂不含甲醛、重金属等有害物质,绿色环保。

5  参考文献

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