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水性聚氨酯纺织涂层整理的生产工艺
2019/7/22
聚氨酯(PU)是分子结构中含有“-NHCOO-”单元的高分子化合物。水性聚氨酯是以水为分散介质，具有溶剂型聚氨酯一样的机械性能、耐磨性、耐溶剂性和低温柔顺性，同时具有安全环保、相容性好和使用方便等特点。但是水性聚氨酯制备过程中由于引入亲水基团，拒水性能不佳，应用推广受到限制。聚硅氧烷具有优异的灵活性和疏水性，将其引入到水性聚氨酯中，是提高水性聚氨酯耐水性能的有效方法。为了进一步提高水性聚氨酯的耐水性能，把含氟基团引入聚硅氧烷链段，合成的长链含氟聚硅氧烷兼具聚硅氧烷和有机氟化合物的优点，在水性聚氨酯乳液中引入憎水性的含氟聚硅氧烷链段，极大地提高了其耐水性。
近几年，随着人们生活水平的提高，对毛纺品的手感要求也越来越细致和全面化。例如，有些品种要求突出滑、挺、爽的风格；有些品种要求突出柔软、丰厚的风格。为了满足不同消费者对织物的不同手感的需要，毛纺织企业开始在整理工序中应用整理剂对织物进行处理，使织物获得滑爽、柔软的手感，且穿着更加美观舒适。另外，羊毛纤维虽然干弹性好，但易发生毡缩，且湿弹性较差，因此毛织物必须进行防缩处理等整理工艺。
聚氨酯类涂层剂是聚酯或聚醚等柔性链段和异氰酸酯刚性链段嵌段共聚的高聚物，分子链中刚柔链段相间排列。聚氨酯的许多性质，如玻璃化温度、熔点、模量、弹性、抗张强度、吸水性等，都可通过改变聚醚预聚物的种类和分子量，二异氰酸酯的种类，软硬链段的比例，扩链剂的种类和用量等来实现。高密度织物采用超细纤维紧密织造，使纱线间隙小到不允许水滴通过，有些纱线，遇水膨胀，间隙会变得更小，对于直径仅为万分之四微米的水蒸汽分子，通道却是足够宽敞了，从而达到防水透气的目的。
簿膜层压工艺是将具有防水透气功能的薄膜，通常是微孔簿膜，采用特殊的粘合剂，层压或粘接到各类织物上，获得防水透气的效果。织物涂层将被加工的织物，用直接或转移涂层工艺涂布，涂层封闭织物表面孔隙获得防水性。其透气性，则是通过成形过程中在涂层内部形成的大量微孔，或亲水性“分子梯级通道”而获得。
水分散型聚氨酯的聚合物为颗粒状，必须要用较高的温度才能生成性能较好的连续薄膜。在生产的使用过程中，这种材料会随时间、气候的变化而产生局部交链。发生交链变化后浆料的表面结成厚厚的一层皮，俗称“挂皮”。这些结皮浆在涂布中带到布面上就形成色(斑)块，直接影响成品的质量。通过对聚氨酯PU涂层浆料的结膜“挂皮”的解决，改善浆料的流动性，解决基布半防水的质量和攻克高厚度涂刮的难题，该品种的生产工艺已基本完善，各项指标均达到客户的要求。
涂层加工设备有很多类型，国外常用的一些设备有浮动刮刀涂布机、刀辊涂布机、逆辊涂布机、刮辊涂布机、圆网涂布机、间接涂布机(又称转移涂层机)。聚氨醋转移工艺包括将聚氨醋溶液涂布在经有机硅处理过的可脱膜的纸上，然后再施加第二层聚氨醋溶液，当它还是湿的情况下与纺织物叠合，并经一对轧辊层压，经烘干后将层压的织物与转移纸分开，聚氨酷的薄膜从转移纸上转移到织物上，这薄膜的转移用肉眼也能看得很清楚。与转移涂层整理工艺相比，直接涂层工艺就有一定的局限性。直接涂层工艺是将聚氨酷溶液用浮动刮刀直接刮在织物上，通常可采用多道涂布工艺，使涂布量能满足特殊的性能标准，直接涂布工艺只限于能承受高的机械张力而不会过度伸长的紧密机织物或厚重织物：另外聚氨醋溶液易渗入纱线，会使织物变硬。因此，直接涂布工艺改变不了织物的基本外观。
非离子型水性聚氨酯由于在制备水性聚氨酯时，不带有亲水性阴离子和阳离子，所以在水溶液中不电离，不受酸、碱、盐的影响，与其它离子化合物均可配伍。由于不电离，对基质的粘附性差而冷冻稳定性好，无毒，不会失去聚氨酯整理特性，经过非离子水性聚氨酯整理后的织物稳定性较好。水性非离子聚氨酯分散剂亲油基团的强亲和能力的锚基通过范德华力先对颜填料表面进行润湿吸附，随后能够水化的亲水聚合物链在吸附的粒子外形成包覆层，再将它拉入水相中，颜填料间通过空间位阻效应达到分散稳定。分散剂分子结构中的锚基含量、非极性亲油基团的种类、含量、亲水的聚醚链段的相对分子质量、含量以及整个结构的相对分子质量决定着颜填料的分散性能。只有当结构中含有适当比例的亲油亲水基团及与颜填料有亲和作用的官能团时，才能得到性能稳定的分散体系。由该聚合分散剂得到的色浆具有一定的稠度，这有利于提高贮存稳定性，改善涂膜的性能。同时色浆浓度较高，可帮助提高着色度，改善涂膜外观，在制漆中可有效地降低成本。
据报道，为提高水性阳离子聚氨酯涂膜的耐水性和力学性能，以异佛尔酮二异氰酸酯、聚醚二元醇、一缩二乙二醇、环氧树脂E51、N甲基二乙醇胺为主要原料，采用丙酮法合成出环氧树脂改性的阳离子聚氨酯乳液。通过引入环氧树脂得到的涂膜耐水性大大提高。
阳离子型水性聚氨酯当pH>7时，有机胺盐容易析出自由胺，失去阳离子性质，季胺盐则不受PH值的影响，并有很强的杀菌力。特别适用于柔软整理，有很好的吸湿性，良好的干、湿粘结性，抗静电性能好，并适于化纤织物的整理。阳离子型水性聚氨酯贮存稳定性好，但对颜料的分散性差，泛黄较严重，不能与阴离子配伍，对阴离子性染料有固色作用。
水性聚氨酯以其对生态环境的友好、在运输和使用上的安全性等优势，越来越受到人们的关注，并逐渐被市场所接受。水性系统聚氨酯除了在建筑及自动化电解涂料行业的广泛应用外，在其他方面也占据了主导地位。在水性聚氨酯中，以阴离子型的应用较为广泛，在聚氨酯链上引入阴离子基团，使其具有足够的亲水性而分散在水中形成稳定的乳液。常用的阴离子基团主要是羧酸盐型和磺酸盐型两大类。在这两种阴离子水性聚氨酯中，用得最多的就是二羟甲基丙酸(DMPA)。阴离子型水性聚氨酯在pH<7的水溶液中不稳定，易失去阴离子活性，毒性较小，最大特点是耐低温性好，颜料耐受度大，与其它树脂或助剂配伍性好，但不能与阳离子同浴使用，泛黄性比阳离子型小。阴离子型水性聚氨酯的许多产品已用于工业化。
水性聚氨酯的合成方法有封端法、外乳化法、溶液法、固体自发分散法等。自乳化法是比较常用的一种方法，即在聚氨酯树脂结构中引入部分亲水性基团，这些基团都能与水作用，形成氢键，或直接生成水合离子溶于水中，从而形成水溶液或水乳液，但与溶剂型聚氨酯相比，由于存在亲水性基团，胶膜的耐水性等还存在着一定的差距。为改善水性聚氨酯乳液及涂膜性能、扩大水性聚氨酯的应用范围，就必须对水性聚氨酯进行适当改性，目前常用共聚、共混、接枝和形成互穿网络等方法对结构进行改性。
近几年，随着人们生活水平的提高，对毛纺品的手感要求也越来越细致和全面化。例如，有些品种要求突出滑、挺、爽的风格；有些品种要求突出柔软、丰厚的风格。为了满足不同消费者对织物的不同手感的需要，毛纺织企业开始在整理工序中应用整理剂对织物进行处理，使织物获得滑爽、柔软的手感，且穿着更加美观舒适。另外，羊毛纤维虽然干弹性好，但易发生毡缩，且湿弹性较差，因此毛织物必须进行防缩处理等整理工艺。
聚氨酯类涂层剂是聚酯或聚醚等柔性链段和异氰酸酯刚性链段嵌段共聚的高聚物，分子链中刚柔链段相间排列。聚氨酯的许多性质，如玻璃化温度、熔点、模量、弹性、抗张强度、吸水性等，都可通过改变聚醚预聚物的种类和分子量，二异氰酸酯的种类，软硬链段的比例，扩链剂的种类和用量等来实现。高密度织物采用超细纤维紧密织造，使纱线间隙小到不允许水滴通过，有些纱线，遇水膨胀，间隙会变得更小，对于直径仅为万分之四微米的水蒸汽分子，通道却是足够宽敞了，从而达到防水透气的目的。
簿膜层压工艺是将具有防水透气功能的薄膜，通常是微孔簿膜，采用特殊的粘合剂，层压或粘接到各类织物上，获得防水透气的效果。织物涂层将被加工的织物，用直接或转移涂层工艺涂布，涂层封闭织物表面孔隙获得防水性。其透气性，则是通过成形过程中在涂层内部形成的大量微孔，或亲水性“分子梯级通道”而获得。
水分散型聚氨酯的聚合物为颗粒状，必须要用较高的温度才能生成性能较好的连续薄膜。在生产的使用过程中，这种材料会随时间、气候的变化而产生局部交链。发生交链变化后浆料的表面结成厚厚的一层皮，俗称“挂皮”。这些结皮浆在涂布中带到布面上就形成色(斑)块，直接影响成品的质量。通过对聚氨酯PU涂层浆料的结膜“挂皮”的解决，改善浆料的流动性，解决基布半防水的质量和攻克高厚度涂刮的难题，该品种的生产工艺已基本完善，各项指标均达到客户的要求。
涂层加工设备有很多类型，国外常用的一些设备有浮动刮刀涂布机、刀辊涂布机、逆辊涂布机、刮辊涂布机、圆网涂布机、间接涂布机(又称转移涂层机)。聚氨醋转移工艺包括将聚氨醋溶液涂布在经有机硅处理过的可脱膜的纸上，然后再施加第二层聚氨醋溶液，当它还是湿的情况下与纺织物叠合，并经一对轧辊层压，经烘干后将层压的织物与转移纸分开，聚氨酷的薄膜从转移纸上转移到织物上，这薄膜的转移用肉眼也能看得很清楚。与转移涂层整理工艺相比，直接涂层工艺就有一定的局限性。直接涂层工艺是将聚氨酷溶液用浮动刮刀直接刮在织物上，通常可采用多道涂布工艺，使涂布量能满足特殊的性能标准，直接涂布工艺只限于能承受高的机械张力而不会过度伸长的紧密机织物或厚重织物：另外聚氨醋溶液易渗入纱线，会使织物变硬。因此，直接涂布工艺改变不了织物的基本外观。
非离子型水性聚氨酯由于在制备水性聚氨酯时，不带有亲水性阴离子和阳离子，所以在水溶液中不电离，不受酸、碱、盐的影响，与其它离子化合物均可配伍。由于不电离，对基质的粘附性差而冷冻稳定性好，无毒，不会失去聚氨酯整理特性，经过非离子水性聚氨酯整理后的织物稳定性较好。水性非离子聚氨酯分散剂亲油基团的强亲和能力的锚基通过范德华力先对颜填料表面进行润湿吸附，随后能够水化的亲水聚合物链在吸附的粒子外形成包覆层，再将它拉入水相中，颜填料间通过空间位阻效应达到分散稳定。分散剂分子结构中的锚基含量、非极性亲油基团的种类、含量、亲水的聚醚链段的相对分子质量、含量以及整个结构的相对分子质量决定着颜填料的分散性能。只有当结构中含有适当比例的亲油亲水基团及与颜填料有亲和作用的官能团时，才能得到性能稳定的分散体系。由该聚合分散剂得到的色浆具有一定的稠度，这有利于提高贮存稳定性，改善涂膜的性能。同时色浆浓度较高，可帮助提高着色度，改善涂膜外观，在制漆中可有效地降低成本。
据报道，为提高水性阳离子聚氨酯涂膜的耐水性和力学性能，以异佛尔酮二异氰酸酯、聚醚二元醇、一缩二乙二醇、环氧树脂E51、N甲基二乙醇胺为主要原料，采用丙酮法合成出环氧树脂改性的阳离子聚氨酯乳液。通过引入环氧树脂得到的涂膜耐水性大大提高。
阳离子型水性聚氨酯当pH>7时，有机胺盐容易析出自由胺，失去阳离子性质，季胺盐则不受PH值的影响，并有很强的杀菌力。特别适用于柔软整理，有很好的吸湿性，良好的干、湿粘结性，抗静电性能好，并适于化纤织物的整理。阳离子型水性聚氨酯贮存稳定性好，但对颜料的分散性差，泛黄较严重，不能与阴离子配伍，对阴离子性染料有固色作用。
水性聚氨酯以其对生态环境的友好、在运输和使用上的安全性等优势，越来越受到人们的关注，并逐渐被市场所接受。水性系统聚氨酯除了在建筑及自动化电解涂料行业的广泛应用外，在其他方面也占据了主导地位。在水性聚氨酯中，以阴离子型的应用较为广泛，在聚氨酯链上引入阴离子基团，使其具有足够的亲水性而分散在水中形成稳定的乳液。常用的阴离子基团主要是羧酸盐型和磺酸盐型两大类。在这两种阴离子水性聚氨酯中，用得最多的就是二羟甲基丙酸(DMPA)。阴离子型水性聚氨酯在pH<7的水溶液中不稳定，易失去阴离子活性，毒性较小，最大特点是耐低温性好，颜料耐受度大，与其它树脂或助剂配伍性好，但不能与阳离子同浴使用，泛黄性比阳离子型小。阴离子型水性聚氨酯的许多产品已用于工业化。
水性聚氨酯的合成方法有封端法、外乳化法、溶液法、固体自发分散法等。自乳化法是比较常用的一种方法，即在聚氨酯树脂结构中引入部分亲水性基团，这些基团都能与水作用，形成氢键，或直接生成水合离子溶于水中，从而形成水溶液或水乳液，但与溶剂型聚氨酯相比，由于存在亲水性基团，胶膜的耐水性等还存在着一定的差距。为改善水性聚氨酯乳液及涂膜性能、扩大水性聚氨酯的应用范围，就必须对水性聚氨酯进行适当改性，目前常用共聚、共混、接枝和形成互穿网络等方法对结构进行改性。
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