棉織物采用陰離子染料染色后,通常要進(jìn)行固色處理,以提高其濕處理色牢度.傳統(tǒng)固色劑由于含有游離甲醛而被淘汰,新型無(wú)醛固色劑不斷涌現(xiàn).使用不同固色劑可以提高不同類(lèi)型染料在織物上的色牢度,采用一般的無(wú)醛固色劑時(shí),若要提高耐濕摩擦色牢度 3 級(jí)以上至今仍非常困難.聚氨酯固色劑是近年來(lái)較受關(guān)注的一類(lèi)新型無(wú)醛固色劑.根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,連接有胺類(lèi)化合物的水性聚氨酯通過(guò)與直接染料、酸性染料或活性染料等陰離子水溶性染料作用,具有理想的固色效果,同時(shí)還可以改善織物的耐磨性、防污性,且不影響染色織物的鮮艷度.本文在聚氨酯大分子鏈上引入叔胺基團(tuán),合成了一種陽(yáng)離子型水性聚氨酯固色劑,并對(duì)其合成工藝、固色效果以及應(yīng)用工藝進(jìn)行了探討.

1 試驗(yàn)

1.1 陽(yáng)離子型水性聚氨酯固色劑的合成

      稱(chēng) 取 一 定 量 聚 醚 多 元 醇 置 于 三 頸 燒 瓶 中 , 在100~120 ℃真空脫水 2 h(真空壓力 0.09~0.1 MPa),降溫至 40~50 ℃,攪拌下緩慢加入 IPDI、適量有機(jī)溶劑和催化劑二丁基二月桂酸錫,于 50~60 ℃下預(yù)聚 2 h(—NCO 的含量達(dá)到理論值),降溫至 45~50 ℃,再緩慢滴加 TEA 擴(kuò)鏈,于 50~55 ℃下反應(yīng) 1 h,再用 MDEA 進(jìn)行二次擴(kuò)鏈,反應(yīng)充分后降溫至 40 ℃左右,加入醋酸中和 0.5 h,降溫至 3~5 ℃,加入混有二甲胺的蒸餾水分散乳化,同時(shí)將未反應(yīng)的—NCO 基團(tuán)封端.乳化完成后,減壓蒸餾脫去溶劑.

1.2 染色工藝

      純棉織物的染色按下述工藝曲線進(jìn)行,活性紅 BES5%(owf),浴比 1∶30.

1.3 整理工藝

      兩浸兩軋→預(yù)烘(80 ℃,3 min)→焙烘.

1.4 測(cè)試

      采用二正丁胺-鹽酸法測(cè)定游離—NCO 含量;紅外光譜:將乳液在聚四氟乙烯模板上制成很薄的膜,采用 FT-IR 紅外光譜儀測(cè)試;摩擦牢度按 GB/T 3920-1997 紡織品耐摩擦牢度試驗(yàn)方法測(cè)試;皂洗牢度按GB/T 3921.1-1997 紡織品耐洗色牢度試驗(yàn)方法測(cè)試;沾色按 GB/T 251-995 沾色用灰色樣卡評(píng)定.

2 結(jié)果與討論

2.1 陽(yáng)離子型水性聚氨酯固色劑合成工藝

2.1.1 聚醚多元醇種類(lèi)及分子質(zhì)量

      由表 1 可知,PEG-600 和 PEG-800 的固色效果均不及 PEG-1 000,原因是產(chǎn)物分子質(zhì)量較小,水溶性大,洗滌時(shí)易于從織物上洗除.PPG-600、PPG-800 和PPG-1 500 的固色效果均不及 PPG-1 000,PPG 分子質(zhì)量較小時(shí),固色效果不佳的原因同 PEG,但 PPG 分子質(zhì)量過(guò)大時(shí),側(cè)鏈上—CH3 過(guò)多且排列緊密,其空間位阻效應(yīng)影響固色劑分子與染料分子的作用,且大分子不易擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部,降低了固色效果.故聚醚多元醇選擇 PPG-1 000 和 PEG-1 000.

2.1.2 n(PPG-1 000)∶n(PEG-1 000)

      由表 2 可知,隨著 n(PPG-1 000)∶n(PEG-1 000)的增大,各項(xiàng)牢度呈上升趨勢(shì),但當(dāng) n(PPG-1 000)∶n(PEG-1 000)超過(guò) 1∶1 時(shí),聚氨酯乳液的穩(wěn)定性變差,且 PPG-1 000 含量過(guò)高時(shí),自乳化時(shí)分散困難,甚至分層.綜合考慮,n(PPG-1 000)∶n(PEG-1 000)為 1∶1 時(shí)合成的固色劑效果較好.

2.1.3 n(—NCO)/n(—OH)

      從表 3 可以看出,隨著 n(—NCO)/n(—OH)增加,織物各項(xiàng)牢度都有不同程度的增加.n(—NCO)/n(—OH)<2.0 時(shí),所得產(chǎn)物為混合物,且預(yù)聚階段分子質(zhì)量易急劇增大,不可控制.n(—NCO)/n(—OH)增大后,陽(yáng)離子擴(kuò)鏈劑 MDEA 和 TEA 的用量增加,固色劑分子與染料陰離子的結(jié)合能力增強(qiáng).但是 n(—NCO)/n(—OH)過(guò)大,剛性基團(tuán)如氨基脲酸酯、氨基甲酸酯的含量增加,大分子鏈段的極性增強(qiáng),分子間氫鍵作用力大增,粘度上升,乳液不穩(wěn)定.綜合考慮,選取 n(—NCO)/n(—OH)為 2.0.

2.1.4 預(yù)聚反應(yīng)溫度和時(shí)間

      由圖 1 可知,45 ℃時(shí),—NCO 剩余量達(dá)到理論值(5.81%)所需時(shí)間為 3.5~4 h,反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的原因是溫度較低時(shí),—NCO 與—OH 的反應(yīng)活性過(guò)低.65 ℃時(shí),—NCO 剩余量達(dá)到理論值所需時(shí)間不足 1 h.原因是反應(yīng)溫度較高時(shí),—NCO 與—OH 反應(yīng)過(guò)于劇烈,可能發(fā)生支化反應(yīng),導(dǎo)致體系粘度過(guò)高,需加入大量溶劑,有時(shí)甚至引起爆聚,形成凝膠.55 ℃時(shí),—NCO 剩余量在 2 h 內(nèi)達(dá)到理論值.從反應(yīng)現(xiàn)象觀察,55 ℃時(shí)反應(yīng)比較平穩(wěn),不需加入大量溶劑,且無(wú)凝膠現(xiàn)象.由此確定 55 ℃反應(yīng) 2 h 較好.

2.1.5 陽(yáng)離子擴(kuò)鏈劑 MDEA 用量

      采用 IPDI 與 50 g 混合聚醚[n(PPG-1 000)∶n(PEG-1 000)=1∶1]反應(yīng)得到預(yù)聚體后,先用 4.97 g 三乙醇胺進(jìn)行第一次擴(kuò)鏈,然后用 N-甲基二乙醇胺(MDEA)進(jìn)行二次擴(kuò)鏈,得到陽(yáng)離子型聚氨酯固色劑.不同用量MDEA(%,對(duì)預(yù)聚體質(zhì)量)對(duì)固色效果的影響見(jiàn)表 4.

      從表 4 可以看出,隨著 MDEA 用量的增加,色牢度均有所提高,尤其是濕摩擦牢度.原因是隨著 MDEA用量的增大,固色劑分子中叔胺基團(tuán)增多,有利于固色劑分子與染料間的結(jié)合,固色效果增強(qiáng).所以,在不影響乳液穩(wěn)定性的前提下,應(yīng)盡可能多的引入 MDEA,本文選用 7.5%(對(duì)預(yù)聚體質(zhì)量).

2.2 紅外光譜

      從圖 2 可看出,在 2 257 cm-1 處無(wú) IPDI 的—NCO吸收峰存在,說(shuō)明游離的—NCO 已完全反應(yīng);在 1 101.98cm-1 處為典型的醚鍵譜帶;3 346.82 cm-1 處為 N—H的伸縮振動(dòng)峰,1 703.97 cm-1 處為 CO—NH 的 C O伸縮振動(dòng)峰,1 500 cm-1 左右為 CO—NH 的 NH 變形振動(dòng)峰,這 3 個(gè)峰都是聚氨酯中氨基甲酸酯的特征振動(dòng)峰,說(shuō)明合成的物質(zhì)中確實(shí)有氨基甲酸酯生成,說(shuō)明所合成的物質(zhì)為聚醚型陽(yáng)離子水性聚氨酯.

2.3 陽(yáng)離子型水性聚氨酯固色劑的固色工藝

2.3.1 固色劑用量

      從表 5 可看出,各項(xiàng)色牢度隨整理劑用量的增加有所提升,其中,濕摩擦牢度的提升最為明顯.與未固色時(shí)比較,提升幅度達(dá) 1 級(jí)以上,但 60 g/L 后提升不明顯,故固色劑用量選擇 60 g/L.

2.3.2 焙烘溫度

      由表 6 可知,溫度的升高對(duì)色牢度的提升有限,濕摩擦牢度略有提升(約 0.5 級(jí)),130 ℃后各項(xiàng)色牢度幾乎不再變化.焙烘溫度過(guò)高還會(huì)引起整理后的織物泛黃,且影響手感,故焙烘溫度選 130 ℃即可.

2.3.3 焙烘時(shí)間

      從表 7 可看出,織物的色牢度隨焙烘時(shí)間的增加有所提高,超過(guò) 3 min 后色牢度基本不變.固色劑大分子從纖維表面進(jìn)入其內(nèi)部需要一定的時(shí)間,即使在焙烘溫度較高的情況下,如果焙烘時(shí)間太短,固色劑大分子鏈與纖維大分子穿插結(jié)合不充分,大部分只是附著在織物表面,易從織物上脫落,影響色牢度.所以,焙烘時(shí)間以 3 min 為宜.

2.3.4 軋余率

      從表 8 可看出,隨著軋余率的增加,織物色牢度呈先增加后減小的趨勢(shì),在 80%達(dá)到最佳效果.

2.3.5 與市售固色劑的固色效果比較

      由表 9 可知,自制陽(yáng)離子型水性聚氨酯固色劑對(duì)活性染料染色棉織物有較好的固色效果,尤其是濕摩擦牢度可提高 1 級(jí)左右,其固色效果與市售固色劑 C基本相當(dāng).

3 結(jié)論

      以聚醚多元醇和 IPDI 進(jìn)行預(yù)聚反應(yīng)、N-甲基二乙醇胺和三乙醇胺為擴(kuò)鏈劑,合成了一種陽(yáng)離子型聚醚水性聚氨酯固色劑.n(PPG-1 000) ∶n(PEG-1 000)=1∶1、n(—NCO)/n(—OH)=2.0、55 ℃預(yù)聚反應(yīng) 2 h、陽(yáng)離子擴(kuò)鏈劑 N-甲基二乙醇胺 7.5%(對(duì)預(yù)聚體質(zhì)量)時(shí),所得到的產(chǎn)物固色[固色工藝:兩浸兩軋(固色劑 60 g/L,軋余率 80%)→預(yù)烘(80 ℃,3 min)→焙烘(130 ℃,3 min)]效果最好.

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