水性聚氨酯( WPU) 具有安全、環(huán)保、節(jié)能和使用方便等優(yōu)點(diǎn)， 得到了廣泛的應(yīng)用， 是當(dāng)今聚氨酯發(fā)展的重要方向。水性聚氨酯作為織物整理劑應(yīng)用于天然纖維和合成纖維織物， 可以使手感、抗皺性能、織物強(qiáng)力等多項(xiàng)性能得到改善。二聚脂肪酸二異氰酸酯( DDI) 屬于長(zhǎng)碳鏈脂肪族二異氰酸酯， 由于國(guó)內(nèi)沒(méi)有生產(chǎn)能力， 少有其應(yīng)用研究報(bào)道。國(guó)外研究結(jié)果表明， DDI 是二異氰酸酯中少有的低毒品種， 用于制備聚氨酯可以大大改善操作環(huán)境以及制品本身的環(huán)保性能。此外，DDI 是一種中等活性的二異氰酸酯， 其反應(yīng)性比甲苯二異氰酸酯( TDI) 等芳香族二異氰酸酯低得多，但又高于常用的脂肪族二異氰酸酯如異佛爾酮二異氰酸酯( IPDI) 等， 用于聚氨酯的制備具有更好的工藝調(diào)節(jié)性能。將 DDI 應(yīng)用于制備聚氨酯材料， 不僅可以克服芳香族聚氨酯的耐候性差、容易黃變的缺點(diǎn)， DDI 特有的脂肪族長(zhǎng)碳鏈還可提供非常優(yōu)越的成膜性能。預(yù)示著 DDI 型聚氨酯具有廣闊的應(yīng)用前景。

      本研究以 DDI、不同相對(duì)分子質(zhì)量的聚乙二醇( PEG) 、DMPA 為主要原料， 采用丁酮法制備 PU 預(yù)聚體， 在外乳化劑的存在下， 制備了 DDI 型 WPU， 并對(duì)其制備 WPU 的穩(wěn)定性和對(duì)棉織物整理進(jìn)行了探索和應(yīng)用， 測(cè)試了整理后棉織物的其它綜合性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1. 1 WPU 的制備

1. 1. 1 PU 預(yù)聚體的制備

      PEG、DMPA 在 120 ℃ 的 真 空 干 燥 箱 中 干 燥2 h， 放入干燥器內(nèi)備用。在裝有電動(dòng)攪拌器和回流冷凝管的三口燒瓶中， 加入 0. 2 mol 經(jīng)脫水的 PEG，加入適當(dāng)溶劑丁酮溶解及調(diào)節(jié)反應(yīng)的粘度， 升溫至80 ℃ 時(shí)， 加入占單體質(zhì)量分?jǐn)?shù) 10% 的 DMPA 作為親水?dāng)U鏈劑， 然后滴加入 0. 25 mol 的 DDI， 恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)約 2 h， 制得 NCO 基質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3. 24% ～ 5. 51%的 PU 預(yù)聚體。

1. 1. 2 PU 預(yù)聚體的乳化

      本研究由于乳液中含有少量 NCO 基團(tuán)， 因此，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所采用的 PU 預(yù)聚體現(xiàn)用現(xiàn)乳化。以十二烷基硫酸鈉與 AEO-9 按一定比例復(fù)配，加入去離子水， 用高剪切乳化機(jī)進(jìn)行預(yù)乳化 3 min，加入 PU 預(yù)聚體乳化 10 min。經(jīng)減壓蒸餾脫除丁酮， 制得固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 15% 的 WPU。

1. 2 織物整理

      整理配方: 一定量的 WPU 整理劑、三乙胺( 調(diào)節(jié) pH 值 6 ～ 8) 、去離子水組成的整理液。二浸二軋 ( 整理液濃度 100 g /L， 軋液率約為100% ， 浴比 1 ∶ 20， 室溫下浸、軋) →預(yù)烘 ( 90 ℃ ，3 min) →焙烘( 160 ℃ ， 3 min) →水洗→烘干。

1. 3 性能測(cè)試

      離心加速沉降測(cè)試乳液穩(wěn)定性， 以 3000 r /min離心沉降 15 min， 如無(wú)沉降， 可以認(rèn)為有 6 個(gè)月的儲(chǔ)存穩(wěn)定期; 白度按 GB /T 8425—1987 方法測(cè)定; 折皺回復(fù)角按照 GB /T 3819—1997 方法測(cè)定; 斷裂強(qiáng)度按照 GB /T3923. 1—1997 方法測(cè)定; 手感最佳者的柔軟性規(guī)定為 5 級(jí)， 未整理織物的柔軟性規(guī)定為 1級(jí)， 至少 3 人主觀評(píng)定打分， 取平均值。

2 結(jié)果與討論

2. 1 PEG 相對(duì)分子質(zhì)量對(duì) WPU 性能的影響

      合成水性聚氨酯常用的聚醚多元醇為聚醚二元醇和聚醚三元醇。本研究主要選用不同相對(duì)分子質(zhì)量的 PEG， 合成了系列 DDI 型 WPU， 并分別對(duì) DDI型 WPU 進(jìn)行了性能測(cè)試， 結(jié)果見(jiàn)表 1。

      從表 1 可以看出， 5 種不同相對(duì)分子質(zhì)量 PEG 合成的 WPU 的穩(wěn)定性均比較好。但隨著 PEG 相對(duì)分子質(zhì)量的增加， 預(yù)聚體乳液的平均粒徑隨之變大，WPU 外觀也從半透明轉(zhuǎn)為乳白色。這說(shuō)明乳液粒徑越小， 乳液的透光率越好， 穩(wěn)定性也好。經(jīng)焙烘處理后， 在織物表面形成的薄膜就越均勻、致密， 對(duì)織物的整理效果就越好。因此， 根據(jù)坯布纖維處理要求， 選擇 PEG 相對(duì)分子質(zhì)量在 1500 以下、平均粒徑100 nm左右較好。

2. 2 WPU 整理效果比較

2. 2. 1 掃描電鏡

      圖 1 為未整理的棉纖維和由樣品 1# ～ 5#整理后的棉纖維的掃描電鏡圖。

      由圖 1 可知， 棉纖維經(jīng)整理后， 表面變的較光滑，形成了一層致密且較均勻的膜， 該膜包裹在纖維表面， 使得纖維之間的摩擦系數(shù)下降， 因而能獲得柔軟、豐滿的手感。其中樣品 1#、2#、3#整理的棉纖維表面光滑， 聚氨酯乳液分布均勻; 樣品 4#整理的棉纖維表面相對(duì)光滑， 但聚氨酯乳液分布均勻性下降; 而樣品5#整理的棉纖維表面光滑度及水性聚氨酯乳液分布相對(duì)較差， 這可能由于乳液分子較大， 沒(méi)能進(jìn)入織物的纖維表面( 特別是棉纖維腰圓型的內(nèi)側(cè)) 。由此表明， 當(dāng) PEG 相對(duì)分子質(zhì)量較大， 整理后分子間與纖維的交聯(lián)反應(yīng)發(fā)生困難， 而纖維表面均勻程度變差。

2. 2. 2 整理前后防皺性能

      不同 DDI 型 WPU 乳液對(duì)織物防皺整理效果見(jiàn)表 2。

      從表 2 可知， 整理后棉織物的折皺回復(fù)角得到了很大程度的提高， 獲得了耐久的防皺整理效果。水性聚氨酯在整理的過(guò)程中， 異氰酸酯基團(tuán)與纖維大分子中的羥基反應(yīng)， 在纖維上形成柔性交聯(lián)結(jié)構(gòu)， 賦予整理后織物的抗皺性和彈性。由此表明， 4 # 和 5 #整理后棉織物的抗皺效果較好。

2. 2. 3 整理前后織物其它綜合性能

      整理前后織物其它綜合性能變化見(jiàn)表 3。

      由表 3 可知， 整理后白度略有下降， 但對(duì)織物白度影響不大， 這是由于合成的整理劑分子結(jié)構(gòu)不形成共軛發(fā)色體系。織物的斷裂強(qiáng)度不論是經(jīng)向還是緯向都有所提高， 原因是水性 PU 分子鏈較長(zhǎng)， 具有優(yōu)良的彈性， 結(jié)構(gòu)中含有硬段和較大比例的軟段， 使得纖維具有柔順性， 在受到外力作用時(shí)， 分子鏈段可以通過(guò)滑移來(lái)補(bǔ)償和平衡各個(gè)分子鏈的應(yīng)力分布，減小了纖維的受力不勻， 故斷裂強(qiáng)度有所提高。

      綜合結(jié)果表明， PEG 相對(duì)分子質(zhì)量為 1000( 3 #)和 1500( 4 #) 制備 DDI 型 WPU 整理織物效果最佳。

3 結(jié)論

      ( 1) 以不同相對(duì)分子質(zhì)量的 PEG 和 DDI 為原料， 制備 PU 預(yù)聚體， 再采用外乳化法合成了 WPU，PEG 相對(duì)分子質(zhì)量在 1500 以下、平均粒徑 100 nm左右， WPU 穩(wěn)定性較好。

      ( 2) 制備的 DDI 型 WPU 用于織物整理后， 棉纖維表面光滑、手感好， 以 PGE 相對(duì)分子質(zhì)量分別為 1000 和 1500 的最佳; 折皺回復(fù)角明顯提高， 其中以 PGE 相對(duì)分子質(zhì)量分別為 1500、2000 整理后的棉織物抗皺效果較好; 織物斷裂強(qiáng)度隨著 PEG 相對(duì)分子質(zhì)量的增加有所增加， 手感柔軟最高可達(dá) 4 級(jí)，但白度略有下降。

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