阳离子水性聚氨酯对含涤针织物抗起毛起球整理

2014-03-09章婧冯勇权衡

浙江纺织服装职业技术学院学报 2014年1期

章婧冯勇权衡

章婧冯勇权衡

制备了具有不同软硬段含量的阳离子水性聚氨酯抗起毛起球整理剂，研究了聚氨酯高分子R值（n-NCO/n-OH）对含涤针织物抗起毛起球性能的影响，进而讨论了处理浴pH、处理浴温度、助剂用量、热固温度等应用工艺条件。研究结果表明：适中的n-NCO/n-OH值有助于助剂发挥出最佳的抗起毛起球效果，阳离子水性聚氨酯高分子对提升涤纶织物抗起毛起球等级有积极的贡献，且不明显恶化织物的手感。

阳离子；水性聚氨酯；含涤针织物；抗起毛起球

含涤针织物强力高、抗水性好、手感柔软，而应用广泛。然而短纤维之间抱合力小、纤维的强度高、伸长能力大，特别是耐弯曲疲劳、耐扭转疲劳与耐磨性好，纤维容易滑出织物表面，一旦在表面形成小球后，不容易很快脱落。因此，含涤针织物在使用过程中的起毛起球现象比较严重，影响美观，降低其服用性能[1-2]。

水性聚氨酯是一种新型环保无甲醛的树脂整理剂，它在纤维表面交联成膜可减弱纤维滑动和减少起毛，同时，树脂均匀交联在纱线表层会使纤维末梢粘附与纱线上，摩擦时不易起毛、起球[3-4]。本实验合成了一系列阳离子水性聚氨酯产品，用于涤纶织物的抗起球整理，并研究了助剂的应用工艺条件及其抗起球性能。

1 实验

1.1 材料与仪器

1.1.1 主要药品

聚乙二醇（PEG2000）、聚四氢呋喃二醇（PTMG2000）、甲苯-2,4-二异氰酸酯（TDI）、1,4丁二醇（BDO）、N-丁基二乙醇胺（MEDK）、冰乙酸（分析纯）、丙酮（化学纯）。

1.1.2 仪器

PHS-3C（A）精密酸度计（上海大普仪器有限公司）、SHY-2震荡水浴锅（金昌实验仪器厂）、ADICI-60全自动色差仪（京辰泰克仪器术有限公司）、YG401织物平磨仪（宁波纺织仪器厂）、DHG-9023A电热恒温鼓风干燥箱（上海索普仪器有限公司）。

1.1.3 材料

涤棉螺纹针织物T/C(65/35)

1.2 合成

将聚乙二醇、聚四氢呋喃二醇按一定比例混合后经脱水处理，与TDI一起加入3口烧瓶中；80℃下反应至体系的－NCO质量分数达到理论值即得预聚体；在50℃下滴加N-丁基二乙醇胺、1,4-丁二醇的丙酮溶液，滴加完后保温1h；降温后加入冰乙酸中和（pH5～7），缓慢加入定量的去离子水，高速搅拌乳化后真空下脱去丙酮，得到阳离子聚氨酯乳液。

1.3 织物起毛起球测试

1.3.1 浸轧处理工艺

配制工作液→浸轧（轧余率80%）→预烘（100℃）→焙烘（130℃、3 min）。

1.3.2 浸渍处理工艺

配制工作液→浸渍（浴比1:15）→甩干→预烘（100℃）→焙烘（130℃、3 min）。

1.4 测试方法

起毛球性能测试：织物起毛起球实验方法－马丁代尔法GB/T4802-1997。

2 结果与讨论

2.1 聚氨酯软硬段比例的确定

通过改变反应体系中-NCO基团与-OH的摩尔比值，制备出一系列的水性聚氨酯，评价n-NCO/n-OH值对水性聚氨酯抗起毛起球性能的影响。

Table 1 Influences of the values of R(n-NCO/n-OH)on the pilling resistance

随n-NCO/n-OH的提高，反应时间也随之增加。同时，水性聚氨酯乳液粒径也随之增大。这是因为随-NCO的质量分数增加，预聚体中分子链段中刚性基团（如苯环、氨基甲酸酯）的含量随之增加，而醚键、脂肪链等柔顺性链段含量降低，从而使聚氨酯分子链段运动受到影响，分子链末端距离变大，进而分子链体积也随之增加，致使水性聚氨酯难以乳化，乳粒变粗。同时，过剩的异氰酸酯基会在乳化时与水反应生成脲键，脲键的交联性较强，致使产物不容易被剪切分散。

此外，随n-NCO/n-OH比值的增加，处理后织物的抗起毛起球性性能在一定范围内随之提高，当比例达到1.98时织物的手感受到了明显影响。这是因为，水性聚氨酯分子中氨基甲酸酯基产生的氢键作用力较强，硬段在水性聚氨酯分子链中起到物理交联作用。硬段质量分数越高，所成膜就具有更好的强度和韧性，织物的耐磨性就会越好，织物表面产生的毛羽不容易结成球，抗起毛起球性能得到了显著的提高。当硬段比例过大时，处理后织物偏硬，严重影响织物的手感。综合考虑，n-NCO/n-OH在1.31时抗起毛起球效果最好。

2.2 涤纶织物抗起球整理工艺探讨

2.2.1 浸轧处理

2.2.1.1 处理浴pH的影响

Table 2 Influences of the treatment bath pH on the pilling resistance

由表2可见，在一定范围内，助剂抗起球性能受介质酸碱性的影响不大。然而，当助剂所处介质接近中性到碱性时，不但大分子的正电性会被明显消弱，同时乳液也会变得不太稳定，不利于助剂大分子在纤维表面的吸附，导致织物的抗起毛起球等级有所下降，最终选取pH值在6左右。

2.2.1.2 处理浴温度的影响

Table 3 Influences of the treatment bath temperature on the pilling resistance

不同的处理液温度对涤纶抗起毛起球性能的改善有较大影响。

处理液温度在50℃以下，助剂大分子的扩散、渗透较慢，在一定的时间内其对纤维的吸附量较少，热固处理后不足以形成连续皮膜；浸渍处理温度60℃或以上，吸附可很快达到平衡。由于吸附为放热过程，处理液温度过高会导致助剂在纤维上的平衡吸附量下降，不利于形成连续的皮膜，因此不利于其抗起毛起球性能的提高。就其分子尺寸来看，采用较低的温度处理，助剂渗入到纱线和织物各种空隙之中也是比较容易的，升温对助剂进一步向更加微小的空隙中扩散的帮助不大。

综合考虑到节能和生产实践中的可操控性，处理浴的温度以50℃比较适宜。

2.2.1.3 助剂用量的影响

Table 4 Influences of dosage of additives on the pilling resistance

助剂用量直接关系到其在涤纶织物上成膜的连续性、厚度、强度等，对织物起毛起球的影响最直接。由表4可知，当用量＞30g/L时，处理织物具有较好的抗起毛起球效果，可将涤纶织物的起球等级提高到3.5以上，继续提高助剂用量，起毛起球等级不再发生变化，但是织物的手感会明显恶化。因此，选择助剂用量为40~50g/L。

2.2.1.4 热固温度的影响

2.2.1.5

Table 5 Influences of heat treatment temperature on the pilling resistance

随热处理温度的升高，聚氨酯成膜状态越好，纺织品的抗起毛起球能力自然越高。当温度为90-100℃时，织物的抗起毛起球效果达到最佳。然而，过高的温度会导致成膜粗糙，抗起毛起球能力反而变差。考虑到实际的可操控性，热处理温度为100℃左右比较适宜。

综上，处理液pH6.0、处理温度50℃、助剂用量40g/L对涤纶织物进行整理，热固处理温度为100℃、3min，可使织物的抗起毛起球等级从1.5级提高到3.5级，且涤纶织物的手感不受到影响。

2.2.2 浸渍处理

2.2.2.1 处理液pH值

Table 6 Influences of the treatment bath pH on the pilling resistance

正如2.2.1.1中的分析：随处理浴pH值的提高，起毛起球等级不再升高，处理液偏碱性时，起毛起球等级反而降低。

2.2.2.2 助剂用量的影响

Table 7 Influences of dosage of additives on the pilling resistance

与浸轧工艺相同，织物抗起毛起球等级的提升，存在一个最佳的助剂用量。当助剂用量达到8%时，热固处理后助剂在织物表面成膜更加致密、连续，能将短纤维包覆，掩盖了纤维和纱线的结构缺陷，同时部分地消除了纤维之间的滑动摩擦，提高了抗起毛起球等级。助剂用量过低会导致热固后助剂在纤维表面成膜不连续，助剂用量过高导致助剂在纤维表面堆积，成膜不连续、粗糙、手感差，不利于抗起毛起球性能的提高。

综合考虑，助剂用量为8%比较合适。

2.2.2.3 浸渍温度的影响