封端型水性聚氨酯在织物整理及涂料印花中的应用Yd17004

施建刚，田呈呈，杨少艳，赵振河      西安工程大学，陕西西安710048

投稿日期：2013-04-17

作者简介：施建刚(1988-)，男，硕士研究生，研究方向：染整助剂的合成与研究。

原载：染整技术2014/1；28-31

 

【摘要】采用封端法，以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚醚二元醇(F6)等为主要原料制备封端型水性聚氨酯(WPU)。将合成的水性聚氨酯应用于织物的整理和涂料印花中，探讨了整理工艺参数对WPU整理后纯棉织物和涤棉织物抗皱和抗起毛起球效果的影响；以及涂料印花工艺参数对纯棉色织物干湿摩擦牢度的影响。

【关键词】封端型；水性聚氨酯(WPU)；整理；涂料印花

【中图分类号】TS 190．2 文献标识码：B 文章编号：1005-9350(2014)01-0028-04

 

水性聚氨酯(WPU)又称水基聚氨酯，是相对于溶剂型聚氨酯而言的，它是一种在聚氨酯分子链中引入亲水性基团的聚氨酯树脂，因而与水具有很强的亲和性，是聚氨酯粒子分散于连续相(水)中的二元胶体体系[1]。水性聚氨酯虽然在某些性能上与溶剂型聚氨酯还存在差距，但其独特的分子结构及聚集状态赋予WPU乳液及其胶膜优异的力学性能、耐磨性、柔韧性、附着力、耐化学品性和耐老化性等优点[2-7]，可广泛用于轻纺、印染、皮革加工、涂料、胶粘剂等行业 [8]。

本文主要探讨了封端型水性聚氨酯在织物整理和涂料印花中的应用。分析了WPU整理织物后不同工艺参数对织物性能的影响以及在涂料印花后不同工艺参数对织物性能的影响。

1  试验

1．1  药品及仪器

聚醚二元醇F6(江苏省海安石油化工厂)，异佛尔酮二异氰酸酯(广州恒涛贸易有限公司)，二羟甲基丙酸（南京中安化工有限公司)，N-甲基-2-吡咯烷酮、三乙胺、5A型分子筛(国药集团化学试剂有限公司)，丙酮、异丙醇、NaHSO3、Na2SO3 (西安环宇化学与仪器厂)；纯棉漂白布，涤棉漂白布。

JJ-1型电动搅拌器，KDM型电子调温电热套，CMT-6014型真空泵，YG541B型织物折皱弹性仪，YG502N型起毛起球测试仪，Y571B型摩擦牢度仪。

1．2  封端型水性聚氨酯的制备

称取一定量的聚醚二元醇，在130℃左右、真空度0．01 atm条件下脱水2 h，预聚反应2 h。将聚醚二醇加入到装有搅拌装置、温度计的干燥三口烧瓶中，开动搅拌器，缓慢升温到(55±1)℃，再加入计量的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，恒温反应，扩链反应1 h。将预聚体升温至(65±1)℃，加入计量的二羟甲基丙酸(DMPA) (经N-甲基-2-吡咯烷酮溶解)，恒温反应一定时间。用冰水混合物将预聚体降温至0～5℃，先后加入异丙醇和封端液，强力搅拌0．5 h。加入三乙胺(TEA)搅拌中和O．5 h。

1．3  整理工艺

抗皱整理：纯棉／涤棉漂白布浸轧(自制水性聚氨酯80～120 g／L，三乙醇胺20 g／L，JFC 10 muL，有机硅柔软剂10 mL／L，室温，二浸二轧，轧余率75％)一预烘(80℃，3 min)一焙烘(120～190 ℃，1．5～3．5 min 热水洗(50℃，5 min 冷水洗-烘干。

抗起毛起球整理：浸轧整理液(活性红1O mI／L，封端型水性聚氨酯40 g／L，JFC 10 mL／L，二浸二轧，轧余率75％)→预烘(100℃ ，2 min)→焙烘(130℃，2．5 min) →水洗→烘干。

涂料印花整理：印花(丙烯酸酯粘合剂22％，

封端型水性聚氨酯交联剂1％，乳化糊3％，涂料3％，其余为水)→预烘(80℃，3 min)→焙烘(100～130℃，2～3 min)→水洗→烘干。

1．4  测试

抗起毛起球等级：按GB／T 4802-1997，在起毛起球仪上测试。

摩擦牢度：按GB／T 3920-1997《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》的方法测定。

折皱回复角：按GB／T 3819-1997，在折皱弹性仪上测试。

白度：在WS-Ⅲ全自动白度仪上测量，取3次测量的平均值。

2  结果与讨论

2．1  封端型水性聚氨酯抗皱整理工艺优化

棉织物抗皱整理传统上采用的树脂都存在甲醛释放问题，危害环境和人体健康，而且成本高，利用率低，使应用受到限制，水性聚氨酯不含甲醛，安全无公害。封端型水性聚氨酯独特的异氰酸酯基能与纤维上的羟基发生交联反应，同时，其致密的网状结构能提高纤维的回弹性，从而起到抗皱效果。

2．1．1  整理剂用量

从表1中可以看出，随着封端型水性聚氨酯用量的增加，整理后织物的折皱回复角先增大后减小，白度逐渐降低，手感不断变硬。100 g／L时织物的抗皱效果最好，这可能是因为随着封端型水性聚氨酯用量的增加，经过高温焙烘而解封出的-NC0不断增加，与织物上-OH的交联反应不断增多；但整理剂用量过多时，反而导致其在织物表面沉积，形成表面树脂，织物变硬且抗皱效果下降。故封端型水性聚氨酯用于纯棉和涤棉织物抗皱整理时，其最佳用量为100 g／L。

表1 WPU用量对织物整理效果的影响

image004.gif

注：170℃焙烘2min。

2．1．2  焙烘温度

由表2中可以看出，随着焙烘温度的升高，棉织物折皱回复角增加较快，160℃时达到最大，再升高温度，折皱回复角反而下降，这是因为在160℃左右，解封和交联反应已经充分，再继续升高焙烘温度对提高回复角已无意义，反而会影响白度。170℃时，涤棉织物的抗皱效果相对最好。温度过高时织物受损，白度下降明显且容易泛黄。这是因为过高温度对封端型水性聚氨酯的解封意义不大，还会造成织物本身的损伤。故封端型水性聚氨酯用于纯棉织物抗皱整理时，最佳焙烘温度为160℃ ，用于涤棉织物抗皱整理时，最佳焙烘温度为170℃。

表2 焙烘温度对织物整理效果的影响

image008.gif

2．1．3  焙烘时间

由表3可知，延长焙烘时间，折皱回复角增大，2．5 min时纯棉织物折皱回复角达到最大值，2 min时涤棉织物折皱回复角达到最大值，再延长焙烘时间，回复角不再继续增大，反而有所下降。这是因为封端型水性聚氨酯整理剂分子充分解封后进行交联需要一定的时间。如果焙烘时问太短，解封反应不充分，再生的-NC0量相对较少，不能与织物上的羟基发生充分交联，对回复角的提高作用不大；焙烘时间过长，耗能不经济，也会使织物泛黄且强力下降。所以，纯棉织物和涤棉织物的最佳焙烘时间分别为2．5 min和2 min

表3 焙烘时间对织物整理效果的影响

image012.gif

2．2  封端型水性聚氨酯抗起毛起球整理工艺优化

纯棉针织物在生产加工和整理过程中，表面绒毛较多，加之静电反应，穿一定时间后易起毛起球，而以亚硫酸钠封端的异氰酸酯会在高温下释放出来并与纤维上的亲水基团发生反应，在织物表面形成一层强韧的薄膜，或作点片分布而将纤维接触点粘合起来，减弱了纤维分子间的相对滑移，减少起毛，同时这种交联使纤维末梢粘附于纱线，摩擦时不易起球，提高织物的抗起毛起球性。

2．2．1  整理剂用量

水性聚氨酯用量对织物上所成膜的连续性、厚度和强度等有较大的影响，对纯棉针织物抗起毛起球整理效果产生最直接的影响。由表4可看出，整理剂用量越大，织物抗起毛起球效果越好，但是达到极限值110 g／L时，再增加整理剂用量，抗起毛起球的效果变化不明显， 因此，封端型水性聚氨酯用于纯棉织物抗起毛起球整理时，最佳用量为110 g／L。

表4 WPU用量对棉织物起毛起球性能的影响

image016.gif

注：150℃ 焙烘3min。

2．2．2  焙烘温度

由表5可知，随着焙烘温度的升高，整理织物的起毛起球等级不断提升，达到150℃时，起毛起球效果不再变化，>150℃时，织物的手感变得很硬，白度下降，织物泛黄。故封端型水性聚氨酯用于抗起毛起球整理时，最佳焙烘温度为150℃。

表5 焙烘温度对织棉物起毛起球性能的影响

image028.gif

注：整理剂110 g／L，焙烘3min。

2．2．3  焙烘时间

由表6可知，焙烘时间越长，抗起毛起球效果越好，但>3 min时，抗起毛起球效果明显提高的同时白度却下降较快。综合考虑，封端型水性聚氨酯应用于棉织物抗起毛起球整理的最佳焙烘时间为3 min。

表6 焙烘时间对棉织物起毛起球性能的影响

image030.gif

2．3  封端型水性聚氨酯涂料印花工艺优化

2．3．1  WPU用量

涂料印花常用的交联剂因有甲醛释放，正在逐渐地趋于淘汰，而水性聚氨酯已开始作为一种无甲醛释放、环保、新兴的交联剂应用于织物涂料印花。水性聚氨酯能与纤维上的羟基等发生共价结合，形成牢固的皮膜，提高耐摩擦牢度和耐皂洗牢度，增加膜的强力和弹力。

由表7可看出，无交联剂的印花效果明显差于有交联剂，交联剂用量不同，织物的印花效果也不同。交联剂用量越大，织物的摩擦牢度越好，印花效果相对也较好，但是当交联剂用量>4％ 时容易堵塞花网。因此，水性聚氨酯交联剂应用于织物印花的最佳用量为4％。

表7  WPU用量对织物印花效果的影响

image032.gif

2．3．2  焙烘温度

如表8所示，140℃时，印花织物的摩擦牢度最好，>140℃时，摩擦牢度虽然不变，但织物的手感会发硬。因此最佳的焙烘温度为140℃。

表8 焙烘温度对织物印花效果的影响

image034.gif

2．3．3  焙烘时间

从表9可以看出，焙烘3 min时，摩擦牢度最好，印花效果最佳。时间短，交联剂不能与涂料和纤维充分反应，印花效果不佳；印花时间太长，手感明显变差。故焙烘时间选择3 min。

表9 焙烘时间对织物印花效果的影响

image036.gif

3  结论

以聚醚二元醇(F6)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)等为主要原料，合成了封端型水性聚氨酯。并将封端型水性聚氨酯作为整理剂和交联剂，应用于织物的抗皱整理、抗起毛起球整理以及涂料印花中。结果表明，经过封端型WPU整理的织物抗皱和抗起毛起球性都有提高；应用于涂料印花时，织物的干／湿摩擦牢度都有提高。

参考文献：

[1]KYU K B，JONG-CHEOL L．Waterborne polyurethane and their properties[J]．Journal of Polymer Science Part A：Polymer Chemistry，1996，34(6)：1 095-1 104．

[2] NOBLE K L．Waterborne p01yurethanes[JJ．Progress in Organic Coatings，1997(32)：131-136．

[3] 沈艳涛，周 铭．水性聚氨酯涂料的研究现状 发展趋势[J]．涂料工业，2002(1)：28．

[4] 徐峰．水性聚氨酯涂料新进展[J]．涂料工业，1998(6)：38—40．

[5] 许戈文，等．水性环氧改性聚氨酯涂料的研制[JJ．涂料工业 1998(11)：30-32．

[6] 陈洪英，等．水性聚氨酯涂料的研究[JJ_涂料工业，1998f12)：26-28．

[7] 李燕国．水性聚氨酯的制备及应用[J1．皮革化工，1995(2)：27-33．

[8] 凌秀琴．水性聚氨酯的开发应用前景[J]．广西化纤通讯，1999(2)：22-27．