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封端型水性聚氨酯抗起毛起球整理剂的合成及应用
2020/4/29
涤棉织物在生产加工和整理过程中，织物表面绒毛比较多,加之静电反应,穿着一段时间后织物表面易起毛起球,从而影响美观和舒适感。
用封端型水性聚氨酯对织物进行整理可以很好地解决这个问题,其封端的异氰酸酯在高温下释放出来与纤维发生反应并交联,在织物表面形成强韧的薄膜,或做点片分布而将纤维接触点粘合起来,以避免纤维迁移，即“点焊接”,减弱了纤维滑移和起毛,同时这种交联使纤维末稍粘附于纱线,摩擦时不易起球。本实验合成了高反应性和高交联度的封端型水性聚氨酯,用于涤棉针织物整理,比较了抗起毛起球等级，研制了一种抗起毛起球效果较为理想的产品,并讨论了其整理工艺条件。
1 实验部分
1.1 合成方法
将聚多元醇装入三口烧瓶中真空脱水后自然冷却至一定温度,加入IPDI、有机锡在60~70 ℃ 反应2 h,将计算量的DMPA(用少量N-甲基吡咯烷酮溶解)加入扩链0.5 h,即制成了含羧基亲水基团的聚氨酯预聚物。用亚硫酸氢钠在 0~10 ℃ 、经 30 min将 羧酸封闭,三 乙胺成盐后调节pH值至2～3,即得无色透明封端型水性聚氨酯。
1.2 整理工艺
采用涂料浸轧染色法，具体工艺路线为：浸轧（2浸2轧,轧余率85%）→预烘（100 ℃/3 min）→焙烘。
1.3 性能测试
(1）-NCO摩尔分数取定量的预聚物,以甲苯溶解稀释后,加入定量的二正丁胺,用标准盐酸滴定过剩的二正丁胺。
(2） 分散体黏度：用 NDJ-79型旋转式黏度计,在(25±1)℃下测定。
(3） 抗起毛起球效果采用圆轨迹法,将针织物裁剪成12 cm×12 cm的 方块,用抗起毛起球仪测定空白及整理试样的抗起毛起球性能，采用5次起毛及5次起球;按GB/T4802.1—1997测试抗起毛起球等级。
2 结果与讨论
2.1 WBPU结构对处理后织物抗起毛起球性能的影响
2.1.1 聚合二元醇结构对织物抗起毛起球性的影响
选用聚醚二元醇（ PEG-1000） 和聚酯二元醇（ JW-244） ,按 不同比例混合后作为多元醇单体 ,与IPDI预聚,然后用DMPA扩链,NaHSO3 封端,合成了一系列封端型水性聚氨酯。
由于聚醚二元醇和聚酯二元醇在结构和分子质量上的差异,它们与IPDI的反应活性、相同R值（-NCO/OH)下所需IPDI的量、预聚反应达到平衡时-NCO的质量分数等都不尽相同。因此,不同比例的聚醚和聚酯混合的合成反应条件,所合成WBPU的结构均不同,聚醚和聚酯的质量比对织物抗起毛起球性的影响见表1。
由表1可知，聚醚二元醇分子质量小,与IPDI碰撞的几率大,反应活性高；聚酯二元醇的引入降低了反应活性,提高了封端反应效率;在封端达到平衡时,随着聚酯含量的增加,未反应（—NCO）的含量先降低后增高,封端率出现峰值。聚酯的引入增强了树脂的耐水性,却使得产物易发生沉淀。
本实验为反应性织物整理剂。 WBPU中 软段的结构、封端率的大小对抗起毛起球性均有很大的影响。封端率越高,在焙烘过程中所释放的活性基越多,与纤维中的羟基和断裂大分子发生反应的机会越多；而软段中聚醚硬段选用IPDI,手感并无太大变化 ,在聚醚和聚酯配比为6∶4时 ,封端率最高,抗起毛起球等级也由 1.5级提高到3.5级。
2.1.2 聚醚三元醇对织物抗起毛起球性的影响
在选定聚醚二元醇和聚酯二元醇配比为6∶4时,调整聚醚三元醇的含量,并与IPDI预聚、扩链和封端。
由于聚醚三官能团的引入,聚氨酯体系的网状结构增加，成膜性增强,膜与织物的粘接力增大,抗起毛起球性增强;但是三官能团的引入使得体系黏度加大,加入量过多会使封端反应难于进行。聚醚三元醇对织物抗起毛起球性的影响见表2。
由表2可知，随着聚醚三元醇质量分数的增加,未反应（—NCO）的含量先升高后降低，封端率增大;随聚醚三元醇的增多,黏度增大,导致封端率明显降低。
加入聚醚三元醇后,聚氨酯体系的网状结构增多,成膜性增强,树脂平铺在织物表面，封端后高温释放的活性基与纤维断裂末端发生发应,起到牢固粘接的作用,摩擦后织物中的毛羽减少。IPDI作为硬段比TDI具有较好的柔韧性，织物的耐磨性较好,同时手感并未发生太大变化。扩链过程中带电离子的引入,织物表面的静电作用减弱，因摩擦产生的毛羽不易纠结成球,所以抗起毛起球性得到了显著提高。当三元醇的含量过高时,分子质量过大,聚合物不易分散出现沉淀,故其用量以5%为宜。
2.2 浸轧整理工艺对抗起毛起球性的影响
2.2.1 WBPU用量
WBPU用量直接关系到其在织物上所成膜的连续性、厚度、强度等,从而对织物抗起毛起球性产生影响。取不同用量的WBPU对涤棉针织物进行整理,160 ℃焙烘 4.0 min，试验结果见表3。
由表3可知,当WBPU用量>4%时,处理织物有较好的抗起毛起球效果,可将涤棉针织物的抗起毛起球等级从1.5级提高到3.5级以上;6%时达到4级,继续提高用量,抗起毛起球等级不再发生变化。因此,确定WBPU的用量为6%。
2.2.2 焙烘温度
测试不同温度下焙烘4.0 min时织物的抗起毛起球等级,WBPU用量为6%。实验结果见表4。
由表4可知,130 ℃时,整理织物的抗起毛起球等级已经可以达到3.5级, 160 ℃达到4.5级，170 ℃以后不再变化。因此，确定焙烘温度为170 ℃。
2.2.3 焙烘时间
一定温度下,WBPU在织物上成膜需要一定的时间。选择WBPU用量为6%,在170 ℃焙烘, 焙烘时间对涤棉针织物性能的影响见表5。
由表5知,3.5 min时整理织物的抗起毛起球等级已达4级,随着焙烘时间的继续增加,整理效果不再改变，因此,确定焙烘时间为3.5 min。
3 结语
（1） 封端型水性聚氨酯的合成工艺为：聚醚、聚酯二元醇配比为6∶4,聚醚三元醇在醇中所占质量分数为5%,封端率可达 89%以上；同时提高了分子的交联程度,整理织物的抗起毛起球性能也得到明显改善。
（2）在WBPU用量为6%（ o.w.f） 、 170 ℃ 焙烘 3.5 min的浸轧工艺条件下,对涤棉针织物进行整理后,抗起毛起球性由原来的1.5级提高到4级上,抗起毛起球性明显提高,织物手感不变,无黄变。。
用封端型水性聚氨酯对织物进行整理可以很好地解决这个问题,其封端的异氰酸酯在高温下释放出来与纤维发生反应并交联,在织物表面形成强韧的薄膜,或做点片分布而将纤维接触点粘合起来,以避免纤维迁移，即“点焊接”,减弱了纤维滑移和起毛,同时这种交联使纤维末稍粘附于纱线,摩擦时不易起球。本实验合成了高反应性和高交联度的封端型水性聚氨酯,用于涤棉针织物整理,比较了抗起毛起球等级，研制了一种抗起毛起球效果较为理想的产品,并讨论了其整理工艺条件。
1 实验部分
1.1 合成方法
将聚多元醇装入三口烧瓶中真空脱水后自然冷却至一定温度,加入IPDI、有机锡在60~70 ℃ 反应2 h,将计算量的DMPA(用少量N-甲基吡咯烷酮溶解)加入扩链0.5 h,即制成了含羧基亲水基团的聚氨酯预聚物。用亚硫酸氢钠在 0~10 ℃ 、经 30 min将 羧酸封闭,三 乙胺成盐后调节pH值至2～3,即得无色透明封端型水性聚氨酯。
1.2 整理工艺
采用涂料浸轧染色法，具体工艺路线为：浸轧（2浸2轧,轧余率85%）→预烘（100 ℃/3 min）→焙烘。
1.3 性能测试
(1）-NCO摩尔分数取定量的预聚物,以甲苯溶解稀释后,加入定量的二正丁胺,用标准盐酸滴定过剩的二正丁胺。
(2） 分散体黏度：用 NDJ-79型旋转式黏度计,在(25±1)℃下测定。
(3） 抗起毛起球效果采用圆轨迹法,将针织物裁剪成12 cm×12 cm的 方块,用抗起毛起球仪测定空白及整理试样的抗起毛起球性能，采用5次起毛及5次起球;按GB/T4802.1—1997测试抗起毛起球等级。
2 结果与讨论
2.1 WBPU结构对处理后织物抗起毛起球性能的影响
2.1.1 聚合二元醇结构对织物抗起毛起球性的影响
选用聚醚二元醇（ PEG-1000） 和聚酯二元醇（ JW-244） ,按 不同比例混合后作为多元醇单体 ,与IPDI预聚,然后用DMPA扩链,NaHSO3 封端,合成了一系列封端型水性聚氨酯。
由于聚醚二元醇和聚酯二元醇在结构和分子质量上的差异,它们与IPDI的反应活性、相同R值（-NCO/OH)下所需IPDI的量、预聚反应达到平衡时-NCO的质量分数等都不尽相同。因此,不同比例的聚醚和聚酯混合的合成反应条件,所合成WBPU的结构均不同,聚醚和聚酯的质量比对织物抗起毛起球性的影响见表1。
由表1可知，聚醚二元醇分子质量小,与IPDI碰撞的几率大,反应活性高；聚酯二元醇的引入降低了反应活性,提高了封端反应效率;在封端达到平衡时,随着聚酯含量的增加,未反应（—NCO）的含量先降低后增高,封端率出现峰值。聚酯的引入增强了树脂的耐水性,却使得产物易发生沉淀。
本实验为反应性织物整理剂。 WBPU中 软段的结构、封端率的大小对抗起毛起球性均有很大的影响。封端率越高,在焙烘过程中所释放的活性基越多,与纤维中的羟基和断裂大分子发生反应的机会越多；而软段中聚醚硬段选用IPDI,手感并无太大变化 ,在聚醚和聚酯配比为6∶4时 ,封端率最高,抗起毛起球等级也由 1.5级提高到3.5级。
2.1.2 聚醚三元醇对织物抗起毛起球性的影响
在选定聚醚二元醇和聚酯二元醇配比为6∶4时,调整聚醚三元醇的含量,并与IPDI预聚、扩链和封端。
由于聚醚三官能团的引入,聚氨酯体系的网状结构增加，成膜性增强,膜与织物的粘接力增大,抗起毛起球性增强;但是三官能团的引入使得体系黏度加大,加入量过多会使封端反应难于进行。聚醚三元醇对织物抗起毛起球性的影响见表2。
由表2可知，随着聚醚三元醇质量分数的增加,未反应（—NCO）的含量先升高后降低，封端率增大;随聚醚三元醇的增多,黏度增大,导致封端率明显降低。
加入聚醚三元醇后,聚氨酯体系的网状结构增多,成膜性增强,树脂平铺在织物表面，封端后高温释放的活性基与纤维断裂末端发生发应,起到牢固粘接的作用,摩擦后织物中的毛羽减少。IPDI作为硬段比TDI具有较好的柔韧性，织物的耐磨性较好,同时手感并未发生太大变化。扩链过程中带电离子的引入,织物表面的静电作用减弱，因摩擦产生的毛羽不易纠结成球,所以抗起毛起球性得到了显著提高。当三元醇的含量过高时,分子质量过大,聚合物不易分散出现沉淀,故其用量以5%为宜。
2.2 浸轧整理工艺对抗起毛起球性的影响
2.2.1 WBPU用量
WBPU用量直接关系到其在织物上所成膜的连续性、厚度、强度等,从而对织物抗起毛起球性产生影响。取不同用量的WBPU对涤棉针织物进行整理,160 ℃焙烘 4.0 min，试验结果见表3。
由表3可知,当WBPU用量>4%时,处理织物有较好的抗起毛起球效果,可将涤棉针织物的抗起毛起球等级从1.5级提高到3.5级以上;6%时达到4级,继续提高用量,抗起毛起球等级不再发生变化。因此,确定WBPU的用量为6%。
2.2.2 焙烘温度
测试不同温度下焙烘4.0 min时织物的抗起毛起球等级,WBPU用量为6%。实验结果见表4。
由表4可知,130 ℃时,整理织物的抗起毛起球等级已经可以达到3.5级, 160 ℃达到4.5级，170 ℃以后不再变化。因此，确定焙烘温度为170 ℃。
2.2.3 焙烘时间
一定温度下,WBPU在织物上成膜需要一定的时间。选择WBPU用量为6%,在170 ℃焙烘, 焙烘时间对涤棉针织物性能的影响见表5。
由表5知,3.5 min时整理织物的抗起毛起球等级已达4级,随着焙烘时间的继续增加,整理效果不再改变，因此,确定焙烘时间为3.5 min。
3 结语
（1） 封端型水性聚氨酯的合成工艺为：聚醚、聚酯二元醇配比为6∶4,聚醚三元醇在醇中所占质量分数为5%,封端率可达 89%以上；同时提高了分子的交联程度,整理织物的抗起毛起球性能也得到明显改善。
（2）在WBPU用量为6%（ o.w.f） 、 170 ℃ 焙烘 3.5 min的浸轧工艺条件下,对涤棉针织物进行整理后,抗起毛起球性由原来的1.5级提高到4级上,抗起毛起球性明显提高,织物手感不变,无黄变。。
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