聚酯型水性聚氨酯羊绒抗起毛起球整理剂的合成及应用yd18417

刘海艳，徐成书，邢建伟 西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安710048

收稿日期：2014-02-28

作者简介：刘海艳(1989-)，女，陕西西安人，硕士，主要研究高分子聚氨酯的合成及应用

原载：印染助剂2015/4；34-37

【摘要】 以聚己二酸乙二醇-1，4-丁二醇酯二醇(PBA)为软段、二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水性扩链剂，与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)合成水性聚氨酯(WPU)预聚体，通过氨基聚醚嵌段三元共聚硅油(PBs)扩链接枝，制备了系列PBS改性WPU乳液和薄膜.采用红外光谱、胶膜水接触角、吸水率等对WPU结构和薄膜性能进行表征，并对羊绒针织物进行抗起毛起球整理 吉果表明，WPU薄膜的耐水性和水接触角随着PBS含量的增大而提高，并且随着PBS含量的增加，羊绒针织物的抗起毛起球性有所改善，可提高1-2级，同时，织物的柔软性、透气性和透湿性良好.

【关键词】 水性聚氨酯；三元共聚硅油(PBs)；抗起毛起球

【中图分类号】TQ610.4；TS195.2 文献标识码：B 文章编号：1004-0439(2015)04-0034-04

羊绒纤维以其柔、轻、软、滑、糯等特性，素来享有“纤维软黄金”之称，由于纤维鳞片层的存在，定向摩擦效应使得羊绒织物在服用过程中，纤维不断向外滑移并逐渐纠缠成球，产生起毛起球现象，使织物的服用性能受到严重影响[1-2].胡震等[3]以IPDI和聚醚多元醇为基本原料，通过用亚硫酸氢钠封端的方法，合成了2种水性聚氨酯型羊绒抗起毛起球整理剂，并用于羊绒织物的整理，获得了良好的抗起毛起球效果及手感.张鹏等[4]用有机硅偶联剂改性水性聚氨酯，用于织物的抗起毛起球整理.

本文以聚己二酸乙二醇-1，4-丁二醇酯二醇

（PBA)为软段，通过自制三元共聚硅油(PBS)扩链接枝，制备了系列PBS改性WPU型织物抗起毛起球整理剂，并对羊绒针织物进行抗起毛起球整理，测试了整理织物的抗起毛起球性、透湿透气性和柔软性.

1 试验

1.1 材料与仪器

织物：羊绒针织物(宁夏中银绒业股份有限公司).

药品：聚己二酸乙二醇-1，4-丁二醇酯二醇(PBA)( Mn=2 000，工业级，济宁华凯树脂有限公司)，异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)(工业级，德国拜耳公司)，1，4-丁二醇（BDO)(分析纯，相对分子质量90，天津市富宇精细化工有限公司)，二羟甲基丙酸(DMPA)(工业级，江西南城化工科技有限公司)，三乙胺（分析纯，成都科隆化工有限公司），丙酮(分析纯，陕西科兴科技设备有限责任公司)，三元共聚硅油(PBS)(自制).

仪器：FA2104A型电子天平(上海精密科学仪器有限公司)，DHG-9076A型电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)，JGW-360B型动态接触角测试仪(承德市成惠试验机有限公司)，Y571N型箱式起球仪、YG511N型数字式织物透湿实验仪、YG461E型数字式透气量测试仪（南通宏大实验设备仪器有限公司)，EQUINOX-55 FTIR红外光谱仪(德国布鲁克公司).

1.2 抗起毛起球整理剂的制备

将经脱水的聚酯二元醇和IPDI加入装有搅拌装置、温度计、冷凝管干燥的500 mL四口烧瓶中，升温至70℃反应1 h，加入DMPA和BDO扩链反应2 h，当反应体系中-NCO含量达到设定值，得到WPU预聚体.随后以冰浴降温至0～5℃，加入丙酮30％(对预聚体质量)调节体系粘度，在高速搅拌下滴加PBS，对WPU预聚体进行接枝改性，加料完毕后继续反应1 h，升温至室温继续反应45 min，加入计量的三乙胺。快速搅拌中和30 min，加水高速乳化分散50 min，最后，在80℃下蒸除丙酮，制得PBS接枝改性的WPU乳液.合成WPU乳液时，投入原料质量和乳液状态如表1所示.

表1 PBS用量以及乳液状态

1.3 胶膜性能测试

胶膜的制备：将聚氨酯乳液置于聚四氟乙烯模具中，使其厚薄适中，室温下放置96 h，然后在60℃烘箱中烘48 h.

1.3.1 耐水性(浸泡法)

将胶膜裁成15 mm×15 mm的正方形，胶膜厚度约1 mm，准确称重(m1)后将其浸入蒸馏水中，在室温下浸泡24 h后取出，用滤纸快速揩去表面水分，立即称重(m2).由单位质量胶膜吸收水分的质量即吸水率来表示胶膜的耐水性，按下式计算.

吸水率=(m2/m1-1)x100％

1.3.2 水接触角

使用动态接触角测试仪测定，在去离子水水滴滴于胶膜表面1min时立即测定，每个样品测试3个点，取平均值.

1.3.3 透湿量

用裁成一定大小的胶膜将装有CaC12的小称量瓶封口，准确称重(m1)后将其放入数字式织物透湿实验仪中，1 h后取出，再准确称重(m2).由单位面积胶膜吸收的水分即透湿量来表示胶膜的透湿性，按下式计算.

透湿量=24x(m2-m1) /(S·t)

其中，S为小称量瓶的瓶口面积，t为时间(1 h).

1.3.4 红外光谱

使用红外光谱仪进行检测，KBr压片.

1.4 羊绒织物洗绒处理

整理液配方：洗绒剂用量为1.5％(omf)，采用冰醋酸调节整理液pH为6～7，浴比为1：50.

工艺：浸渍整理液(40℃，20 min)→搅动(40℃，15min)→脱水→清水洗(2min)→脱水→清水洗(2 min)→脱水→烘干.

1.5 整理织物性能测试

色差：以只经过洗绒处理、未经过抗起毛起球整理的羊绒织物为标样，使用DataColour SF300型思维士电脑测色仪测定样品的LabCH值，运用CIELAB色差仪计算色差.

抗起毛起球性：按GB／T 4802.3-2008《纺织品织物起毛起球性能的测定第3部分：起球箱法》采用箱式起球仪进行评定.

耐摩擦色牢度：使用摩擦牢度仪对织物进行摩擦，并参照GB／T 3920—2008(纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定.

透气性：参照GB／T 5453-2008(纺织品织物透气性的测定》使用数字式透气量测试仪测试.

表面形貌：将整理前后的羊绒织物在烘箱里干燥去除水允然后在3 000倍放大倍率下采用JSM-5600LV SEM扫描电镜观察羊绒纤维表面形貌的变化情况

2 结果与讨论

2.1 红外光谱

图1为三元共聚硅油PBS、WPU0和WPU3的红外光谱图.PBS在1 260、1 000～1 100和803 cm-1处存在硅氧烷的特征吸收峰，WPU0和WPU3在3 370 cm-1处为脲基中N-H的伸缩振动峰，1 540 cm-1 处为脲基的N-H变形振动峰。WPU0和WPU3在1 750-1 690cm-1处出现C-O的伸缩振动峰，这表明WPU0和WPU3中存在氨基甲酸酯.WPU0和WPU3在2 270cm-1处均未现-NC0的特征吸收峰，说明-NC0已经完全反应.与WPU0相比，WPU3在1000～1100 cm-1处的吸收峰明显增宽增强，为Si-O-Si伸缩振动与C-O-C伸缩振动的结果，同时，WPU3在1 260 cm-1处出现了Si-CH，的对称弯曲振动峰.

图1 PBS、水性聚氨酯接三元硅油

与不接三元硅油的红外光谱图

2.2 三元共聚硅油含量对胶膜性能的影响

三元共聚硅油结构中含有聚醚及聚硅氧烷链段，因聚醚链段与聚氨酯相容性好、结合力强，而聚硅氧烷链段和WPU相容性低，上述作用使得聚硅氧烷在聚氨酯涂膜的表面富集.本文研究了DMPA用量为2.0％时，三元共聚硅油含量对聚氨酯胶膜性能的影响，结果见表2.

表2 PBS对聚氨酯胶膜性能的影响

由表2可以看出，PBS含量由0增加到30％时，WPU胶膜的水接触角由66.54°提高至83.03°，吸水率由32.15％下降至12.36％，透湿量由1 444.56 g／(m2·h)下降至831.17 g／(m2·h).这是PBS接枝改性以及硅氧烷在WPU表面富集共同作用的结果，改善了WPU的耐水性，使得该聚氨酯整理剂应用到织物上可改善织物的耐水性.

2.3 三元共聚硅油含量对羊绒织物性能的影响

本文研究了DMPA用量为2.0％时，WPU中不同三元共聚硅油含量对羊绒针织物抗起毛起球性能、柔软性、织物色差的影响，结果见表3.

表3 抗起毛起球整理剂用量对织物·陛能的影响

由表3可知，经PBS改性聚氨酯整理的织物色差较小，羊绒针织物经抗起毛起球整理剂处理，其抗起毛起球效果良好。经PBS整理羊绒织物的抗起毛起球性能略差，为2级；随着PBS用量的增加，织物的柔软性能提高.当PBS接入量为30％时，水性聚氨酯的抗起毛起球性能提高到3～4级，手感与PBS处理的织物接

近.聚酯型抗起毛起球整理剂赋予织物良好抗起毛起球性能的原因是：三元共聚硅油(PBS)改性WPU可使WPU胶膜表现出良好的憎水性、表面富集性、低温柔顺性，可在羊绒纤维表面成膜，覆盖鳞片层，降低了羊绒织物的定向摩擦效应，从而使得羊绒织物的起毛起球现象得到改善.

2.4 织物性能

采用WPU整理剂处理羊绒针织物，最佳工艺：整理剂WPU3用量为1.5％(omf)，整理液温度为40 ，浸渍时间为20 min。测试整理织物与聚醚嵌段氨基三元共聚硅油整理织物的性能，结果见表4.

表4 羊绒针织物的性能

注：未处理织物的透气量1125 L(m2·s)，透湿量6811.83 g／(m2·h)

由表4可知，聚酯型水性聚氨酯整理织物的干摩擦色牢度和湿摩擦色牢度都比三元共聚硅油处理的高.由于水性聚氨酯胶膜的亲水性较高，经过整理后干态羊绒织物和湿态羊绒织物在摩擦的过程中，织物上形成的聚氨酯胶膜易溶胀，水对膜起到了破坏作用，胶膜的保护作用降低，致使湿摩擦色牢度降低.对于三元共聚硅油处理的织物，表面呈疏水性，提高了润滑性，因此干摩擦色牢度与湿摩擦色牢度都较低.手感影响不大，透气性较好，且有一定的抗起毛起球效果.透气量相比未处理织物有所降低，但经水性聚氨酯处理的织物透气量仍接近未处婵羊绒织物.同时 经WPU3和PBS共同处理的织物性能都较好，尤其是柔软效果得到明显改善，透气 和透湿量与末处理织物相比均有所下降，但影响不是很大.研究表明，本文合成的羊绒抗起毛起球整理剂具有较好的抗起毛起球效果，织物的各项性能均得到一定程度的改善.

2.5 扫描电镜图

采用三元共聚硅油改性水性聚氯酯整理剂，根据最佳工艺来处理羊绒织物，烘干后采用扫描电镜观察整理前后羊绒织物纤维表面结构的变化情况，放大倍数 3 000俯，结果如图2所示.

整理前 整理后

图2 羊绒织物表面电镜扫描图

从图 2可知，未经整理的羊绒织物纤维表面鳞片层清晰，鳞片边角突出， 表面凹凸不平.整理后的羊绒织物纤维表面包裹一层薄膜，鳞片层并不是很清晰，鳞片边角较平.纤维表面较为平整.由此可知，未整理的羊绒织物纤维鳞片层容易发生纠缠，织物易发生起毛起球现象，整理后羊绒织物抗起毛起球效果较好

3 结论

用自制的PBS改性WPU羊绒抗起毛起球整理剂对羊绒针织物进行抗起毛起球整理，研究结果表明，羊绒针织物的抗起毛起球性能得到改善，羊绒针织物的柔软性、透气性良好.织物的耐摩擦色牢度较未处理织物有所提高.未整理的羊绒织物纤维鳞片层容易发生纠缠，织物易发生起毛起球现象，整理后羊绒织物抗起毛起球效果较好.

参考文献：

[1李彦滨，张敏，赵翠侠.织物起毛起球成因分析及解决工艺.针织工业，2005(15)：3 1-33.

[2] 吴红玲.羊毛织物防毡缩整理的理论与实践[J]染整技术，2006（28）：15-19

[3] 胡震，闫克路，王炜 水性聚氨酯型羊毛防毡缩整理剂的合成及应用.毛纺科技,2003(3)：24-27.

[4] 张鹏.赵振河.张文博，等有机硅改性水性聚氨酯抗起毛起球剂的合成及应用[J]染整技术，2012(6)：40-44.