纯棉针织物抗起毛起球剂的合成及应用Yd16904

牟行翠，习智华，姚晶晶，王雪娇 西安工程大学纺织学院，陕西西安710048

投稿日期：2013-03-02

作者简介：牟行翠(1987-)，女，西安工程大学在读硕士，主要从事印染助剂的开发与应用。

通信作者：习智华，男，副教授，硕士生导师。

原载：染整技术2013/12；38-40，43

【摘要】以2，4-甲苯二异氰酸酯(简称TDI)、聚醚二元醇为主要原料，亚硫酸氢钠为封端剂，通过优化反应条件，合成了一种性能较稳定的水性聚氨酯抗起毛起球剂，并将其整理到纯棉织物上，确定了制备聚氨酯预聚体的最佳合成工艺：反应温度65℃，反应时间120 min；整理剂整理纯棉织物的最佳工艺：整理剂100 g／L，焙烘温度130℃，焙烘时间3 min。

【关键词】水性聚氨酯；抗起毛起球剂；纯棉织物

【中图分类号】TQ 610．4 8 文献标识码：A 文章编号：1005-9350(2013)12-0038-03

近年来，随着各国日益严格的环保法规对VOC的限制以及人们逐步提升的环保安全意识，使得水性聚氨酯得到了迅速发展，目前已在织物整理、皮革加工、粘合剂等领域得到了广泛应用[1-3]。

纯棉针织物在加工、穿着以及洗涤过程中，由于织物间或织物与其他物体之间的摩擦作用，其表面会产生许多绒毛，加之静电作用，织物表面会产生起毛起球现象，造成织物的外观和手感变差，影响服用性能[4]。解决这一问题有多种方式，如纤维改性、改变纤维截面形状和织物组织结构以及进行树脂整理等，其中，树脂整理是提高织物抗起毛起球较为有效的方法，而环保型助剂特别是水性聚氨酯近年来在这方面显示了良好的发展前景[5-6]。封端型水性聚氨酯在整理过程中释放出-NC0与纤维发生交联反应并在织物表面形成一层薄膜，或者通过“点焊接”方式把纤维接触点有效地粘结起来，防止纤维迁移，并沉积在织物的无定形区，提高了纤维大分子的相对滑移性能，改变了纤维的流变性能，从而提高织物的抗起毛起球性能[7-10]。本文合成了一种聚醚型的封端型水性聚氨酯，将其应用于纯棉织物的抗起毛起球整理，确定了最佳合成工艺和整理工艺。

1 试验

1．1 材料和仪器

织物：白色纯棉针织物；药品：甲苯二异氰酸酯(TDI)，聚醚多元醇(F-6)，亚硫酸氢钠，无水碳酸钠，盐酸，二正丁胺，活性蓝DS-DN150，氯化钠，甲苯，渗透剂JFC，甲基橙，溴甲酚绿。仪器：精密增力电动搅拌器，真空泵，电子调温电热套，电子天平，调温电热套，气流烘干器，电热恒温水浴锅，均匀轧车，热定型机，DNJ-9S旋转粘度计，DHG-9076A电热鼓风烘箱，DSBD-1数字白度仪，Y571B摩擦牢度仪，G502N起毛起球测试仪，800电动离心机，YG(B)026D-500电子织物强力机。

1．2 水性聚氨酯抗起毛起球剂的合成

取一定量聚醚多元醇加入500 mL三口烧瓶，在120-140℃、1．0 kPa下真空脱水120 min。降温至55℃ ，加入甲苯二异氰酸酯(TDI)，继续缓慢升温至65℃反应2 h，降温至10℃以下加入一定量异丙醇。温度降至5℃以下，加入质量分数为15％ 的NaHSO3水溶液，同时加入封端促进剂Na2S03、扩链剂乙二胺，反应30 min。加入一定量去离子水，高速搅拌乳化1h，得固含量为20％ 的水性聚氨酯溶液。

1．3 整理工艺

二浸二轧(JFC 10 mL／L，轧余率75％左右)→预烘(85℃)→焙烘→热水洗(60℃左右)→冷水洗→烘干。

1．4 测试

异氰酸酯基含量：采用二正丁胺-盐酸滴定法测定。离心稳定性：用高速离心机测试。粘度：按照GB 10241-2008《粘度测量方法第4部分旋转法》测试。湿(干)摩擦牢度：按照GB／T 3920-2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测试。顶破强力：按照GB／T 19976-2005《纺织品顶破强力的测定钢球法》测试。起毛起球性：按照GB／T 4802．1-2008《纺织品织物起毛起球性能的测定第一部分：圆轨迹法》测试。白度：用数字白度仪测试。手感：需至少3人触摸织物评定，评定结果(相对于原样)可分为柔软、较软、一般、较硬和硬5个级别。断裂强力：按照GB／T 3923．1-1997《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》测试。

2 结果与讨论

2．1 预聚温度与时间

设定R=2，若体系不发生副反应，预聚反应-NCO与-OH完全反应，-NC0在预聚体中的理论质量分数为5．42％。从图1可以看出，随着预聚反应温度的升高，预聚体中-NCO的含量逐渐下降。40℃时，-NCO含量在反应3 h后依然下降不大，可见温度较低不利于反应速率的提高。65～68℃时，预聚反应120 min，-NCO含量接近理论值5．42％；70℃反应160 min，-NC0含量低于理论值，这主要是由于温度较高，过量的-NCO发生了副反应。综上所述，选择65℃反应2 h。

图1 预聚物中一NC0含量随时间和温度的变化规律

2．2 R值

从表1可以看出，在一定范围内，随着R值增大，水性聚氨酯乳液粘度呈现下降趋势；含固率增加；外观由半透明过渡到透明；乳液稳定性逐渐增加，由分层到少量分层再到稳定无分层。 值继续增大，剩余的-NC0增多，封端乳化时与水反应生成的脲增多，由于脲的极性大，聚氨酯分子链易于相互碰撞而粘连，不易于被分散，从而使乳液的粒径增大，稳定性

下降。因此，选择月值为2．0。

表1 R值对水性聚氨酯性能的影响

2．3 盐值

NaHSO3与预聚体中理论-NCO的物质的量比称为盐值，表2是盐值对水性聚氨酯乳液性能的影响。

表2 盐值对封端反应的影响

亚硫酸氢钠与-NCO反应生成-NHCOSONa，

使聚氨酯大分子易溶于水，拥有良好的分散和乳化性能。从表2可以看出，随着盐值增加，水性聚氨酯乳液的外观从泛黄半透明过渡到泛黄透明；含固量有所增加，但幅度不大；粘度增加；乳液稳定性增加，但底部出现白色沉淀，这是因为NaHSO3加入过多，有部分析出。当盐值较小时，水性聚氨酯乳液不稳定，出现了少量分层，这是由于进入分散体系的亲水基团(-HS03)较少，乳液亲水性较小。综上所述，盐值取2时，所获得的水性聚氨酯乳液各项性能相对较好。

2．4 整理剂用量

从表3可以看出，随着整理剂用量的增加，织物的抗起毛起球性逐渐增强，但在100 g／L后变化不明显；整理剂用量越大，整理织物的顶破强力越大，白度越低，手感越硬，同时还可使摩擦牢度升高，但出现了少量分层，这是由于进入分散体系的亲水性基 影响不大。综合考虑，选择100 g／L较合适。

表3 整理剂用量对整理织物性能的影响

2．5 焙烘温度

从表4可以看出，随着焙烘温度的升高，织物的抗起毛起球性逐渐增加，但130℃与150 ℃差别不大；焙烘温度升高，整理织物的顶破强力减小，白度先增加后降低，手感变硬，对摩擦牢度影响不大。综上所述，选择焙烘温度为130℃。

表4 焙烘温度对整理织物性能的影响

注：空白的抗起毛起球性为1-2级。

2．6 焙烘时间对织物性能的影响

从表5可以看出，随着焙烘时间的延长，织物的抗起毛起球性逐渐升高，顶破强力减小，白度降低，手感变差，摩擦牢度提升但变化不大。焙烘时间选择3 min较合适。

表5 焙烘时间对整理织物性能的影响

注：空白的抗起毛起球性为1-2级。

3 结论

(1)以TDI、聚醚F-6为主要反应物，亚硫酸氢钠为封端剂，合成水性聚氨酯抗起毛起球整理剂，最佳工艺为：预聚温度65℃，预聚时间120min，封端的盐值和R值均为2。

(2)合成水性聚氨酯抗起毛起球整理剂浸轧整理纯棉针织物的最佳工艺：整理液用量为100 g／L，预烘温度为85℃，焙烘温度为130℃，焙烘时间为3min。

(3)纯棉针织物经水性聚氨酯抗起毛起球剂处理后，起毛起球现象明显改善，抗起毛起球性能提高到3～4级。

参考文献：

[1] 李绍雄，刘益军．聚氯酯胶粘剂[M]．北京：化学工业出版社，1998：231-273．

[2] 李建宗，李世杰．聚氨酯乳液的应用及研究进展[J]．聚氨酯工业，1997，2(4)：11-14．

[3] 李绍雄，刘益军．聚氨酯树脂及其应用[M]．北京：化学工业出版社，2002：121-193．

[4] 李焕，脂肪族水性聚氨酯抗起毛起球剂的研制与应用[D]．无锡：江南大学，2009．

[5] 窦宏仪，魏政．水性聚氨酯胶粘剂的研制现状及发展趋势[J]．热固性树脂，1995(1)：48-52．

[6] 李建宗，李世杰．国外水性聚氨酯研究新进展[J]中国胶粘剂，1997，6(5)：44-50．

[7] 宣兆龙，等．水性聚氨酯涂料的研究进展[J]．化工新型材料，1999，27（7）：20-22．

[8] 杨勇，黄小林，冯琳．封端型水性聚氨酯抗起毛起球剂的研制与应用[J]针织工业，2009(12)：51-54．

[9] CHEN G，CHEN K．Self-curing behaviors of single pack aqueous-based polyurethane system[J]．Journal of Applied Polymer Science，1997，63(12)：1-6．

[10] 段新峰，孙占永．环保型抗起毛起球整理剂KD-1的合成与应用研究[J]．河北化工，2008，3 1(12)：9-11，23．