聚氨酯具有強(qiáng)度高 ,耐磨性和耐屈撓性好 ,耐低溫性和耐油、耐化學(xué)品性能優(yōu)異 ,以及光澤度高等特點(diǎn) , 廣泛應(yīng)用于橡膠、涂料、粘合劑、合成纖維、合成革防水材料等產(chǎn)品中 ,是一種新型高分子材料。其中水性聚氨酯織物涂層劑環(huán)境效益好 ,深受國(guó)內(nèi)外紡織服裝業(yè)高度重視。水性聚氨酯可應(yīng)用于防水透濕、防紫外線、阻燃織物調(diào)溫等功能涂層 ,近幾年在織物抗起毛起球、免燙整理及染色固色中也得到廣泛的應(yīng)用。

      采用交聯(lián)技術(shù)研制開發(fā)的陰離子水性聚氨酯織物涂層劑,可廣泛用于尼絲紡、滌塔夫、真絲、棉、滌棉和帆布等織物涂層。經(jīng)涂層整理后的織物表面柔軟,富有彈性。該涂層整理劑可用于滑雪衫、風(fēng)雨衣、茄克衫等服裝面料 , 以及帳蓬、防水防油布等工業(yè)用布 ,也可以用于混紡織物仿毛整理。

1 試驗(yàn)部分

1. 1 水性聚氨酯產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

     物性 技術(shù)指標(biāo)
     外觀 半透明乳液
     含固量 / % 25～35
     離子性 陰離子
     pH 值 ( 1 %水溶液 ) 7. 0～9. 0
     粘度 / cPa?s 600～1000

1. 2  產(chǎn)品性能及應(yīng)用評(píng)價(jià)

     表1表明 ,采用恒天水性聚氨酯產(chǎn)品涂布后的織物耐靜水壓性能明顯提高 ,而且皂洗牢度達(dá)到 4 ～5 級(jí) ,產(chǎn)品綜合性能具有一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1. 3 工廠應(yīng)用實(shí)例

1.3. 1  工藝流程

      防水半成品→軋光→涂布→焙烘→成品檢驗(yàn)

1.3. 2  防水整理

      防水工藝流程 一浸一軋 (防水劑 TG2527 A 20g /L , 29. 4 N / cm2 )→焙烘 ( 180 ℃,車速 30 m /m in)

1.3. 3  水性聚氨酯涂層最佳工藝

      水性聚氨酯產(chǎn)品/ kg    100
      促進(jìn)劑 / kg    1. 5—2. 0

      溫度 / ℃    165

1.3. 4  性能測(cè)試

      采用上述工藝涂布 21 tex尼絲紡 5 萬米 ,檢測(cè)各性能如下。

      ( 1 ) 防水性能根據(jù) GB / T 4745—1997 ( ISO 492—1981)方法測(cè)試。初期防水性能和水洗 5 次后防水性能 ,均達(dá) 5級(jí)。

      ( 2 ) 靜水壓根據(jù) GB / T 4744—1997 ( ISO 811—1981) 測(cè)試。初期靜水壓和水洗后靜水壓 , 分別為11 760和 11 270 Pa。

      ( 3) 強(qiáng)力性能根據(jù) GB / T 3923. 1—1997 方法測(cè)試。原織物和涂布后織物的強(qiáng)力 (經(jīng)向 ×緯向 ) 分別為 1 300 N ×1 200 N 和 1 330 N ×1 290 N。

1.3. 5  影響涂布效果的因素

( 1)軋光

      適當(dāng)控制軋光機(jī)壓輥溫度和壓力 ,軋光后織物表面平整光滑 ,光澤度明顯提高 ,纖維間的空隙減小。軋光對(duì)涂層效果有如下影響 : ①涂層面平整 ,手感柔軟 ,皮膜感明顯提高; ②在相同給漿工藝條件下 ,保持性能不變 ,給漿量下降 ,節(jié)約漿量 ,降低成本 ; ③軋光后涂層膠不易進(jìn)入纖維內(nèi)部 ,主要在織物表面成膜 ,通過采用交聯(lián)劑成膜技術(shù)提高其粘著力。

( 2)焙烘溫度

      焙烘溫度直接影響涂布后的性能。水性聚氨酯產(chǎn)品最佳焙烘溫度 160～165 ℃。溫度太低 ,成膜不完全 ,牢度和性能下降 ,涂布后手感發(fā)粘 ,牢度明顯下降。焙烘溫度不能超過 180 ℃,若低于 160 ℃,可適當(dāng)放慢車速延長(zhǎng)焙烘時(shí)間。

2 結(jié)果與討論

2. 1 陰離子水性聚氨酯乳液合成機(jī)理

2. 2 配方優(yōu)化和工藝條件選擇試驗(yàn)

2. 2. 1 羧基含量對(duì)聚氨酯分散度和穩(wěn)定性的影響

      在 3. 1 所述試驗(yàn)中不難看出 , 親水性單體 (DM 2PA )通過嵌段方式引入至聚氨酯的分子鏈中 ,親水基團(tuán)的含量直接影響到聚氨酯的分散度 (表 2 ) 。一般來說,親水基團(tuán)越少 ,顆粒越大 ,分散體越不穩(wěn)定;親水基團(tuán)越多 ,粒徑越小 ,分散體越穩(wěn)定。由表 2 知 ,分散體的穩(wěn)定性及分散度取決于 COOH 的含量 ,當(dāng) COOH 含量在 0. 8 % ～1. 1 % (約 17. 5 ～24. 4 mmol/100 gPU )時(shí),陰離子水性聚氨酯形成穩(wěn)定分散體。因此 ,在配方中控制 DM PA 的含量十分重要。

2.2. 2   NCO /OH 值對(duì)織物涂飾后手感性能影響

      當(dāng)配方中親水性物料含量確定以后 , NCO /OH 比值 (摩爾比 )成為影響制備聚氨酯分散體的主導(dǎo)因素。

      NCO /OH 值增大 ,乳液粒徑增大 ,粒度上升 ,成膜變硬 , 伸長(zhǎng)率下降; 而 NCO /OH 比值太小時(shí) ,在制備過程中容易產(chǎn)生凝膠。所以 , NCO /OH 值以控制在 1. 7 左右為宜。選擇這樣的比例 ,一方面可使分子鏈得到充分?jǐn)U大 ,以提高分散體的性能及織物涂布后手感的軟硬度,達(dá)到滿意的手感風(fēng)格;另一方面可以提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性 (表 3)。

 2.2. 3 交聯(lián)劑對(duì)乳液貯存穩(wěn)定性和產(chǎn)品性能的影響

      在制備陰離子水性聚氨酯中 ,由于引入親水基團(tuán) ,使聚氨酯膜的耐水耐溶劑性能下降 ,從而限制了聚氨酯乳液的應(yīng)用范圍。為了克服這一缺陷 ,引入交聯(lián)劑使聚氨酯分子鏈形成支鏈結(jié)構(gòu) ,成膜后形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ,大大提高耐水壓、耐溶劑性能。但是 ,交聯(lián)結(jié)構(gòu)的引入 ,又會(huì)使體系早期粘度增加過快 ,容易產(chǎn)生凝膠現(xiàn)象 ,使聚氨酯的穩(wěn)定性和膠膜的機(jī)械性能受到影響。因此 ,優(yōu)化交聯(lián)劑用量是聚氨酯乳液制備的關(guān)鍵。

      由表 4 可看出 ,要保持乳液穩(wěn)定性 ,聚醚 /交聯(lián)劑比值要在 1 ∶10以上 ,最佳為 1 ∶15～1 ∶20。此時(shí) ,粒徑為 120 nm 的達(dá) 80 % ,穩(wěn)定性好。

      采用多官能團(tuán)交聯(lián)劑 ,可以是少量小分子三元醇交聯(lián)劑 ,如三羥甲基丙烷或三乙醇胺;或采用少量多官能親水性擴(kuò)鏈劑 (如官能度大于 2 的半酯 ) ; 也可在新乳化的預(yù)聚體乳液中加入少量多元胺進(jìn)行交聯(lián) ,這些方法都能制得具有交聯(lián)分子結(jié)構(gòu)的水性聚氨酯。

      然而 ,采用多官能團(tuán)多元醇制備交聯(lián)聚氨酯乳液的方法存在一些缺點(diǎn)。如生成高粘度的預(yù)聚體 ,必須控制支化和交聯(lián)度 ,否則在乳化前預(yù)聚體可能產(chǎn)生凝膠;粘度高 ,則乳化困難 ,需要特殊的高剪切力乳化設(shè)備 ,否則不易得到粒徑微細(xì)的穩(wěn)定乳液。

2. 3  傅里葉變換紅外 ( FT IR)表征分析

      對(duì)于此體系 ,比較有意義的研究區(qū)域應(yīng)該是與該體系中氫鍵的形成密切相關(guān)的譜帶 ,例如 N - H 伸縮振動(dòng)的吸收波 ( 3 100 ～3 600 cm - 1 ) ,羰基伸縮振動(dòng)吸收波 ( 1 600～1 800 cm - 1 ) ,以及 N - H 彎曲振動(dòng)吸收波 ( 1 500～1 600 cm - 1 ) 。

      分析微觀結(jié)構(gòu) ,聚醚型聚氨酯體系中氨酯鍵上的N- H 基團(tuán)以質(zhì)子給與體的形式存在 ,而在氨酯鍵上的羰基和醚鍵上的 O 則是質(zhì)子接受體。因此 ,在聚醚聚氨酯體系中的上述質(zhì)子給與體與質(zhì)子接受體之間容易形成氫鍵。隨著合成聚氨酯 DM PA 用量的增加 ,氫鍵化的 N - H 吸收峰從高波數(shù)向低波數(shù)段移動(dòng)。在圖 1中 ,在 N - H 伸縮振動(dòng)吸收區(qū)確實(shí)觀察到兩個(gè)吸收峰 ,在 3 449 cm - 1的吸收峰較小 ,在 3 298 cm - 1的吸收峰較大。這說明 ,體系中的氨基甲酸酯中的 N - H 大多參與了氫鍵的形成。

3 結(jié)論

3. 1 以三官能聚醚單體為交聯(lián)劑制備陰離子水性聚氨酯乳液 ,其交聯(lián)成膜后可明顯提高織物涂層的耐靜水壓 ,可達(dá) 14 700～19 600 Pa,皂洗牢度可達(dá) 4～5級(jí)。

3. 2 親水性單體 DM PA 通過嵌段方式進(jìn)入聚氨酯分子鏈中 ,親水基團(tuán) COOH 的含量直接影響聚氨酯的分散度及穩(wěn)定性 ,其最佳值為 0. 8 % ～1. 2 %。

3. 3 NCO /OH 值直接影響水性聚氨酯織物涂飾后的手感 ,其最佳值應(yīng)控制在 1. 1 ～2. 0,以達(dá)到滿意的手感風(fēng)格。

3. 4 本產(chǎn)品環(huán)境友好型涂層整理劑用于尼絲紡、滌棉等布料的風(fēng)格整理 ,防水、透氣性好 ,耐靜水壓高 ,已成功涂布應(yīng)用數(shù)萬米 ,用于滑雪衫、風(fēng)雨衣、茄克衫等服裝面料的功能性整理。

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