水性聚氨酯( WPU) 具有安全、环保、节能和使用方便等优点， 得到了广泛的应用， 是当今聚氨酯发展的重要方向。水性聚氨酯作为织物整理剂应用于天然纤维和合成纤维织物， 可以使手感、抗皱性能、织物强力等多项性能得到改善。二聚脂肪酸二异氰酸酯( DDI) 属于长碳链脂肪族二异氰酸酯， 由于国内没有生产能力， 少有其应用研究报道。国外研究结果表明， DDI 是二异氰酸酯中少有的低毒品种， 用于制备聚氨酯可以大大改善操作环境以及制品本身的环保性能。此外，DDI 是一种中等活性的二异氰酸酯， 其反应性比甲苯二异氰酸酯( TDI) 等芳香族二异氰酸酯低得多，但又高于常用的脂肪族二异氰酸酯如异佛尔酮二异氰酸酯( IPDI) 等， 用于聚氨酯的制备具有更好的工艺调节性能。将 DDI 应用于制备聚氨酯材料， 不仅可以克服芳香族聚氨酯的耐候性差、容易黄变的缺点， DDI 特有的脂肪族长碳链还可提供非常优越的成膜性能。预示着 DDI 型聚氨酯具有广阔的应用前景。

      本研究以 DDI、不同相对分子质量的聚乙二醇( PEG) 、DMPA 为主要原料， 采用丁酮法制备 PU 预聚体， 在外乳化剂的存在下， 制备了 DDI 型 WPU， 并对其制备 WPU 的稳定性和对棉织物整理进行了探索和应用， 测试了整理后棉织物的其它综合性能。

1 实验部分

1. 1 WPU 的制备

1. 1. 1 PU 预聚体的制备

      PEG、DMPA 在 120 ℃ 的 真 空 干 燥 箱 中 干 燥2 h， 放入干燥器内备用。在装有电动搅拌器和回流冷凝管的三口烧瓶中， 加入 0. 2 mol 经脱水的 PEG，加入适当溶剂丁酮溶解及调节反应的粘度， 升温至80 ℃ 时， 加入占单体质量分数 10% 的 DMPA 作为亲水扩链剂， 然后滴加入 0. 25 mol 的 DDI， 恒温搅拌反应约 2 h， 制得 NCO 基质量分数为 3. 24% ～ 5. 51%的 PU 预聚体。

1. 1. 2 PU 预聚体的乳化

      本研究由于乳液中含有少量 NCO 基团， 因此，在实验过程中所采用的 PU 预聚体现用现乳化。以十二烷基硫酸钠与 AEO-9 按一定比例复配，加入去离子水， 用高剪切乳化机进行预乳化 3 min，加入 PU 预聚体乳化 10 min。经减压蒸馏脱除丁酮， 制得固体质量分数为 15% 的 WPU。

1. 2 织物整理

      整理配方: 一定量的 WPU 整理剂、三乙胺( 调节 pH 值 6 ～ 8) 、去离子水组成的整理液。二浸二轧 ( 整理液浓度 100 g /L， 轧液率约为100% ， 浴比 1 ∶ 20， 室温下浸、轧) →预烘 ( 90 ℃ ，3 min) →焙烘( 160 ℃ ， 3 min) →水洗→烘干。

1. 3 性能测试

      离心加速沉降测试乳液稳定性， 以 3000 r /min离心沉降 15 min， 如无沉降， 可以认为有 6 个月的储存稳定期; 白度按 GB /T 8425—1987 方法测定; 折皱回复角按照 GB /T 3819—1997 方法测定; 断裂强度按照 GB /T3923. 1—1997 方法测定; 手感最佳者的柔软性规定为 5 级， 未整理织物的柔软性规定为 1级， 至少 3 人主观评定打分， 取平均值。

2 结果与讨论

2. 1 PEG 相对分子质量对 WPU 性能的影响

      合成水性聚氨酯常用的聚醚多元醇为聚醚二元醇和聚醚三元醇。本研究主要选用不同相对分子质量的 PEG， 合成了系列 DDI 型 WPU， 并分别对 DDI型 WPU 进行了性能测试， 结果见表 1。

      从表 1 可以看出， 5 种不同相对分子质量 PEG 合成的 WPU 的稳定性均比较好。但随着 PEG 相对分子质量的增加， 预聚体乳液的平均粒径随之变大，WPU 外观也从半透明转为乳白色。这说明乳液粒径越小， 乳液的透光率越好， 稳定性也好。经焙烘处理后， 在织物表面形成的薄膜就越均匀、致密， 对织物的整理效果就越好。因此， 根据坯布纤维处理要求， 选择 PEG 相对分子质量在 1500 以下、平均粒径100 nm左右较好。

2. 2 WPU 整理效果比较

2. 2. 1 扫描电镜

      图 1 为未整理的棉纤维和由样品 1# ～ 5#整理后的棉纤维的扫描电镜图。

      由图 1 可知， 棉纤维经整理后， 表面变的较光滑，形成了一层致密且较均匀的膜， 该膜包裹在纤维表面， 使得纤维之间的摩擦系数下降， 因而能获得柔软、丰满的手感。其中样品 1#、2#、3#整理的棉纤维表面光滑， 聚氨酯乳液分布均匀; 样品 4#整理的棉纤维表面相对光滑， 但聚氨酯乳液分布均匀性下降; 而样品5#整理的棉纤维表面光滑度及水性聚氨酯乳液分布相对较差， 这可能由于乳液分子较大， 没能进入织物的纤维表面( 特别是棉纤维腰圆型的内侧) 。由此表明， 当 PEG 相对分子质量较大， 整理后分子间与纤维的交联反应发生困难， 而纤维表面均匀程度变差。

2. 2. 2 整理前后防皱性能

      不同 DDI 型 WPU 乳液对织物防皱整理效果见表 2。

      从表 2 可知， 整理后棉织物的折皱回复角得到了很大程度的提高， 获得了耐久的防皱整理效果。水性聚氨酯在整理的过程中， 异氰酸酯基团与纤维大分子中的羟基反应， 在纤维上形成柔性交联结构， 赋予整理后织物的抗皱性和弹性。由此表明， 4 # 和 5 #整理后棉织物的抗皱效果较好。

2. 2. 3 整理前后织物其它综合性能

      整理前后织物其它综合性能变化见表 3。

      由表 3 可知， 整理后白度略有下降， 但对织物白度影响不大， 这是由于合成的整理剂分子结构不形成共轭发色体系。织物的断裂强度不论是经向还是纬向都有所提高， 原因是水性 PU 分子链较长， 具有优良的弹性， 结构中含有硬段和较大比例的软段， 使得纤维具有柔顺性， 在受到外力作用时， 分子链段可以通过滑移来补偿和平衡各个分子链的应力分布，减小了纤维的受力不匀， 故断裂强度有所提高。

      综合结果表明， PEG 相对分子质量为 1000( 3 #)和 1500( 4 #) 制备 DDI 型 WPU 整理织物效果最佳。

3 结论

      ( 1) 以不同相对分子质量的 PEG 和 DDI 为原料， 制备 PU 预聚体， 再采用外乳化法合成了 WPU，PEG 相对分子质量在 1500 以下、平均粒径 100 nm左右， WPU 稳定性较好。

      ( 2) 制备的 DDI 型 WPU 用于织物整理后， 棉纤维表面光滑、手感好， 以 PGE 相对分子质量分别为 1000 和 1500 的最佳; 折皱回复角明显提高， 其中以 PGE 相对分子质量分别为 1500、2000 整理后的棉织物抗皱效果较好; 织物断裂强度随着 PEG 相对分子质量的增加有所增加， 手感柔软最高可达 4 级，但白度略有下降。