杨 帆， 陈远辉， 顾晨成， 冒海燕， 王潮霞， 殷允杰

(生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122)

紫外光固化水性聚氨酯丙烯酸酯黏合剂的印花性能

杨 帆， 陈远辉， 顾晨成， 冒海燕， 王潮霞， 殷允杰

(生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122)

为研究UV光固化对涂料印花性能的影响，以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和聚乙二醇(PEG400)为主要原料合成了聚氨酯，用季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)作为封端剂，合成了聚氨酯丙烯酸酯(PUA)，运用红外光谱仪对合成产物的结构进行表征。将PUA、单体和光引发剂混合，应用到涂料印花中，通过紫外光照射对织物进行固色。考察了各组分含量及紫外光照时间对印花织物牢度、K/S值、手感和印花图案清晰度的影响。结果表明，采用25% PUA、6%单体、5%光引发剂，光固化60 s后，印花织物水洗牢度可达5级，干摩擦牢度可达4～5级，湿摩擦牢度可达3级，印花图案清晰度优良。

聚氨酯丙烯酸酯； 紫外光固化； 涂料印花； 清晰度

Abstract In order to study the effect of UV curing on the printing performance,polyurethane was synthesized from isophoronediisocyanate and polyethylene glycol as the main raw material, then the pentaerythritoltriacrylate was employed as blocking agent to synthesize polyurethane acrylate(PUA). The structure of PUA was analyzed by FT-IR. The PUA, monomer and photoinitiator were mixed and then applied in fixation of pigment printing under UV irradiation.The effects of component content and UV irradiation time on the printing fabric fastness,K/Svalue, hand feeling and the printed pattern definition were studied. It indicated that under the condition of 25% PUA, 6% monomer, 5% photoinitiator, and UV irradiation for 60 s, the washing fastness, and dry and wet rubbing fastness of printed fabric can reach 5 grade, 4-5 grade and 3 grade, respectively. The printing patterns also show excellent definition.

Keywords polyurethane acrylate； UV curable； pigment printing； definition

涂料印花主要是依靠黏合剂将颜料颗粒附着在纤维表面，固色后不用水洗，因此对环境污染相对小[1-2]。涂料印花适用性广，约有50%以上的印花产品采用涂料印花[3-4]。涂料印花后织物需要经过烘干、焙烘，这会带来高的能源损耗[5-6]。将丙烯酸酯接枝到聚氨酯上，合成聚氨酯丙烯酸酯，并加入光引发剂，经紫外光照射，可使聚氨酯丙烯酸酯分子末端的双键发生自由基聚合[7-8]，交联形成网状膜。因此，将聚氨酯丙烯酸酯作为印花黏合剂，经紫外光固化，可有效减少热能的使用。

为了减少涂料印花固色过程中能源浪费以及节省固色时间，本文采用异佛尔酮二异氰酸酯、聚乙二醇400、2,2-二羟甲基丙酸合成聚氨酯，然后用季戊四醇三丙烯酸酯封端，制备具有UV固化性能的水性聚氨酯丙烯酸酯黏合剂。通过加入单体三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、光引发剂等制得印花色浆，用于织物涂料印花。在室温下用UV光照射完成固色过程，并研究各组分含量及紫外光照时间对织物的牢度、手感、K/S值和清晰度的影响。

1 实验部分

1.1 实验药品

异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，2,2-二羟甲基丙酸(阿拉丁试剂有限公司)；聚乙二醇400(PEG400)，二月桂酸二丁基锡(DBTDL)，丙酮，对苯二酚，三乙胺(国药集团化学试剂有限公司)；季戊四醇三丙烯酸酯(PETA，萨恩化学技术有限公司)；光引发剂1173(2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，广州冠川贸易发展有限公司)；三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(江苏三木化工股份有限公司)；酞菁蓝15∶3(杭州信凯化工有限公司)；交联剂SaC-100三羟甲基丙烷-三[3-(2-甲基氮丙啶基)丙酸酯](上海尤恩化工公司)；增稠剂DM-5263(聚丙烯酸，无锡惠山德美化工有限公司)。

1.2 聚氨酯丙烯酸酯的合成

首先在三口烧瓶中加入一定量的PEG400和IPDI及少量的催化剂DBTDL，根据体系黏度加入适量的丙酮，于60 ℃反应1 h，再加入适量的2,2-二羟甲基丙酸，于70 ℃反应1 h，然后加入适量的PETA和阻聚剂对苯二酚反应4 h进行封端，降温至40 ℃，加入适量的三乙胺进行中和反应30 min，同时加入适量的去离子水乳化得到水性聚氨酯丙烯酸酯乳液，反应式见图1。

1.3 印花工艺

印花色浆配方：聚氨酯丙烯酸酯25%，光引发剂5%，单体6%，交联剂2%，涂料4%，增稠剂4%，去离子水。印花工艺：按照配方调好印花色浆，对织物印花，室温下干燥10 h，然后用RD-1履带式光固化机固色60 s。在紫外光的照射下，光引发剂分子吸收光能，电子发生跃迁，分子结构呈现不稳定状态。其中光引发剂分子中的羰基和相邻碳原子间的共价键拉长、弱化、断裂，生成自由基。产生的活性自由基迅速引发丙烯酸酯基中不饱和双键的聚合[9]，从而形成一个连续的高分子膜，将颜料颗粒固着，达到低温快速固色的目的。UV固化印花机制如图2所示。

1.4 产物红外光谱测试

采用NICOLRT.is10型傅里叶变换红外光谱仪(美国Thermo Fisher Scientific公司)进行红外测试，波数为4 000～500 cm-1。

1.5 印花织物性能测试

耐摩擦牢度按GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》测定。皂洗色牢度按GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》测定。手感测试采用KES-FB 2型织物风格仪测定织物的弯曲性能。K/S值采用X-Rite 8400型电子测色配色仪(D65光源，10°视角)测定。

1.6 织物印花清晰度测试

选取印花图案中五角星位置相同的1个角，用XYMRT数码显微镜放大100倍观察印花图案的边缘轮廓的完整性。

2 结果与讨论

2.1 聚氨酯丙烯酸酯红外光谱

将合成的聚氨酯丙烯酸酯于40 ℃烘干，并将样品均匀涂抹在红外光谱仪的ATR附件测试点测试，红外光谱结果如图3所示。

2.2 印花色浆组分对织物印花牢度影响

按印花色浆配方，改变某一组分含量，固定其他组分含量不变，研究黏合剂、单体、光引发剂含量对织物印花牢度的影响，结果如表1所示。

表1 印花色浆组分对织物牢度影响

从表1可以看出，随着各组分用量的增加，织物水洗牢度逐渐提高至5级，说明织物的水洗牢度较好。摩擦牢度则随着黏合剂用量的增加而增大，这是因为黏合剂增加，形成更多连续薄膜，将更多的颜料颗粒固着在织物上。当黏合剂质量分数超过25%时，印花织物的摩擦牢度不再发生改变，说明25%的黏合剂用量就可使涂料固着完全。随着单体用量的增加，印花织物的摩擦牢度提高，原因是单体中含有多个丙烯酸酯基团，可以与黏合剂中的丙烯酸酯基团聚合，提高聚氨酯丙烯酸酯的聚合效率和速率，使黏合剂成膜更加完全，促使颜料颗粒固着更加牢固。随着光引发剂的加入，织物摩擦牢度得到明显的提升，当光引发剂质量分数超过5%时，织物的牢度不再改变，原因是在紫外光照射下，增加光引发剂可以更有效地加快聚氨酯丙烯酸酯中双键发生自由基聚合速率，促进颜料颗粒完全固着在织物上。

2.3 紫外固化时间对织物牢度的影响

将配制好的色浆在织物上印花，然后在紫外光下固化不同的时间，探究紫外固化时间对织物印花牢度的影响，结果如表2所示。

表2 紫外光固化时间对织物牢度的影响

从表2可看出，随着紫外光固化时间的增加，印花织物的摩擦牢度增大。原因是经紫外光照射聚氨酯丙烯酸酯固化，随着光固化时间的增加，黏合剂交联程度增大，可以有效阻止颜料粒子的脱落，从而提高牢度。而在光照60 s后，印花织物中的聚氨酯丙烯酸酯聚合反应趋于完全，所以牢度不再发生变化。结果表明在室温条件下UV光照射较短时间就可使印花织物有很好的牢度。

2.4 织物手感

涂料印花是在织物表面形成高分子薄膜将涂料固着，因此色浆组分及工艺条件对织物手感影响较大。通过测试织物的弯曲刚度和弯曲滞后矩，比较不同因素对印花织物手感的影响，实验结果如表3所示。

表3 不同因素对织物手感的影响

从表3可看出，随着黏合剂质量分数的增加，印花织物手感变差。经UV光固化后，黏合剂双键发生自由基聚合，形成一层很薄的高分子膜。因此黏合剂质量分数越高，固化后形成的分子膜越厚，故其手感变差。而随着单体质量分数的增加，织物手感变好，但质量分数超过4%后，变化并不明显。原因是单体可促进黏合剂之间的交联，改善印花织物的手感，但由于单体对人体有一定的刺激性，故单体质量分数不宜过多[10-11]。

随着光照时间的增加，聚氨酯丙烯酸酯黏合剂双键的交联程度增加，固化更加完全，形成高分子聚合物的数量增多，从而造成印花织物手感变差。而当紫外光固化时间超过60 s后，织物手感较好，原因是紫外光对织物有一定的损伤，经长时间紫外光照射，织物的表面结构发生了变化，导致织物弯曲刚度和弯曲滞后矩减小[12]。

2.5 织物K/S值

图4示出黏合剂质量分数对K/S值的影响。可以看出，K/S值并没有随着黏合剂质量分数的增加而增大。这是因为合成的聚氨酯丙烯酸酯黏合剂自身泛黄，固色后黏合剂对颜料颜色强度有较大的影响。而随着黏合剂质量分数增加，对印花织物颜色强度影响程度变大。黏合剂质量分数增加时，其自身颜色对印花织物K/S值的影响程度要大于颜料附着量增加所带来的影响，因此印花织物的K/S值随黏合剂质量分数的增加而减小。

2.6 印花图案清晰度

印花图案的清晰度与印花色浆的流变性有关，黏合剂和单体为色浆的主要组分，故研究黏合剂和单体用量对织物印花清晰度的影响，结果如图5所示。可以看出，随着黏合剂质量分数的增加，印花图案的清晰度增加。原因是聚氨酯丙烯酸酯为假塑形流体，随着其用量的增加，体系黏度变大，更容易制得精致的图案。而随着单体的加入，印花图案的清晰度略有提高，原因是单体的黏度大于水的黏度，增加单体用量，使得体系黏度变大，从而得到清晰度更高的图案。

3 结 论

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚乙二醇400(PEG400)、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)等原料成功合成了具有紫外光固化性能的聚氨酯丙烯酸酯。将其作为涂料印花黏合剂，配以5%光引发剂，6%单体，经紫外光辐射60 s，得到性能优良的印花织物。印花织物的水洗牢度可达5级，干摩擦牢度可达4～5级，且印花图案清晰细致，但湿摩擦牢度仅为3级。合成的黏合剂经UV光辐射较短时间即可完成固色，摒弃了传统的长时间高温焙烘，缩短了固色时间，减少了能源损耗，达到高效节能的目的。

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Printing performance of UV curable waterborne polyurethane acrylate adhesive

YANG Fan, CHEN Yuanhui, GU Chencheng, MAO Haiyan, WANG Chaoxia, YIN Yunjie

(KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi,Jiangsu214122,China)

10.13475/j.fzxb.20150101505

2015-01-07

2015-11-17

国家自然科学基金资助项目(21174055)

杨帆(1990—),男,硕士生。研究方向为新型纺织化学品。王潮霞,通信作者，E-mail：wchaoxia@sohu.com。

TS 194.4

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