施夢(mèng)嬌　習(xí)智華　王　洋　劉紫洋　劉　帆

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水性聚氨酯在紡織品上的應(yīng)用

施夢(mèng)嬌習(xí)智華王洋劉紫洋劉帆

（西安工程大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院輕化工程 陜西西安 710048）

水性聚氨酯（WPU）作為一種新型環(huán)保的無甲醛整理劑被應(yīng)用在紡織品后整理上，其抗起毛起球整理劑和羊毛防氈縮整理劑都有著非常明顯的效果。文章綜述了WPU合成抗起毛起球整理劑和羊毛防縮劑的合成機(jī)理、應(yīng)用條件和國內(nèi)外研究進(jìn)展?fàn)顩r。

水性聚氨酯；抗起毛起球；防氈縮

近幾年來，隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高以及國家確立的環(huán)保法案，最初作為紡織品整理劑的溶劑型聚氨酯逐漸被水性聚氨酯所取代。國外，已經(jīng)開發(fā)出了相應(yīng)的產(chǎn)品。目前，水性聚氨酯不僅具有優(yōu)良的耐光性，而且耐酸耐堿堿，在紫外線照射下不易發(fā)生黃變，價(jià)格便宜，同時(shí)也具備良好的耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性，在很多方面有著應(yīng)用潛力，如織物整理劑、涂層、粘合劑等。將它應(yīng)用于織物的后整理，被整理織物的各方面性能有所提高，比如：耐磨性、抗起毛起球性、抗皺性等其他服用功能也有改善，被整理織物更能符合市場(chǎng)的需求。這對(duì)紡織業(yè)在多功能性紡織品方面的發(fā)展有一定的貢獻(xiàn)，同時(shí)也對(duì)紡織助劑的創(chuàng)新和研究有很重要的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 抗起毛起球整理劑

1.1 影響起毛起球的因素

（1）纖維的卷曲波會(huì)影響纖維是否起球，波形越多，纖維越易發(fā)生伸展，松動(dòng)滑移，纖維表面會(huì)產(chǎn)生毛茸。纖維越細(xì)，暴露在纖維表面的頭端就越多，越容易起球。從纖維長(zhǎng)度來比,短纖維比長(zhǎng)纖維更容起毛起球,因?yàn)槎汤w維頭端數(shù)多，而且纖維間的吸引力和摩擦力也會(huì)影響織物的起毛起球性能。

（2）組織結(jié)構(gòu)疏松的織物比組織結(jié)構(gòu)緊實(shí)的織物易起毛起球，表面粗糙的織物比表面光滑的織物更容易起毛起球[1]。

（3）織物經(jīng)染色及整理后，抗起毛起球性能將產(chǎn)生較大變化,這與染料、染色工藝以及所用助劑有關(guān)。

（4）在穿著過程中織物受到的摩擦次數(shù)越多，摩擦力越大，越容易起球。

1.2 抗起毛起球機(jī)理

水性聚氨酯是一種新型環(huán)保無甲醛的樹脂整理劑,它能在纖維表面上形成交織網(wǎng)狀薄膜,將薄膜均勻的覆蓋在羊絨纖維的表面，將其鱗片層全部包裹，降低鱗片間的相互牽制，從而降低羊絨纖維之間的摩擦，防止纖維移動(dòng)，達(dá)到抗起毛起球目的[2]。

1.3 抗起毛起球整理劑的合成

加入聚醚三元醇310 ，將含有雙鍵的封端劑對(duì)聚氨酯分子鏈末端部分封端，得到含C=C不飽和雙鍵的聚氨酯預(yù)聚體；合成時(shí)，采用DMBA作為親水化試劑，溶解到聚合物多元醇中，一起抽真空，再通過調(diào)節(jié)各原料的配比，確定WPUA復(fù)合乳液的制備工藝。再考察R值大小，DMBA用量、不同多元醇的質(zhì)量比、PU與PA的質(zhì)量比、BA與MMA的質(zhì)量比、中和度以及EDA的用量等對(duì)復(fù)合乳液合成及性能的影響。最后為了進(jìn)一步提高WPUA復(fù)合乳液膠膜的耐水性，引入含有環(huán)氧基的甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA），在乳液成膜過程中，環(huán)氧基與聚氨酯分子鏈上的羧基反應(yīng)，從而明顯提高復(fù)合乳液膠膜的耐水性[3]。

1.4 應(yīng)用工藝

合成的抗起毛起球劑采用浸軋法。

工藝流程：織物→浸軋（100 g/L，5 min）→二浸二軋（軋余率75 %）→脫水→預(yù)烘（100 ℃，3 min）→烘干（150 ℃，3 min）

1.5 研究現(xiàn)狀

羊絨織物的起毛起球現(xiàn)象非常影響它的服用性能以及穿著外觀，目前國內(nèi)外也研究了許多抗起毛起球整理劑，但并沒有十分有效的方法能完全解決這個(gè)問題。下面是國內(nèi)外一些抗起毛起球劑的研究現(xiàn)狀：

（1）蔣培燕等[4]以八甲基環(huán)四硅烷和氨基硅氧烷偶聯(lián)劑為原料，采用本體聚合的方法，在堿性催化劑催化下開環(huán)聚合得到氨基硅油，再對(duì)生成的氨基硅油進(jìn)行聚醚接枝以及異氰酸酯接枝改性，最后用亞硫酸氫鈉對(duì)異氰酸酯基進(jìn)行封端，得到改性氨基硅油。

（2）鐘業(yè)桂等[5]采用蛋白酶整理織物的方法，使蛋白酶分子吸附在羊絨纖維的表層，發(fā)生酶的催化水解，去除纖維表皮的鱗片層，從而有效的提高抗起毛起球性能，同時(shí)也賦予羊絨織物豐滿柔軟的手感，對(duì)環(huán)境友好，不損傷皮膚，廢液易生物降解，符合生態(tài)環(huán)保的要求。

（3）張平祿等[6]采用溶膠-凝膠法。該方法是在纖維表面涂一層薄膜，將纖維表面的鱗片層覆蓋，達(dá)到抗起毛起球的效果。該方法有4個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①需要的設(shè)備簡(jiǎn)單；②低溫進(jìn)行后處理，容易將熱穩(wěn)定性不好的薄膜沉淀在基底上或在熱穩(wěn)定性不好的基底上制作膜；③對(duì)襯底的大小和形狀要求不嚴(yán)格；④容易制得均勻的多組分氧化物薄膜，能有效的控制薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和成分。

（4）劉海艷等[7]以聚己二酸乙二醇-1,4-丁二醇酯二醇(PBA)為軟段、二羥甲基丙酸（DMPA）為親水性擴(kuò)鏈劑，與異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)合成水性聚氨酯（WPU）預(yù)聚體，通過氨基聚醚嵌段三元共聚硅油擴(kuò)鏈接枝，制備了系列PBS改性WPU乳液和薄膜。

（5）孟娜等[8]用聚碳酸亞丙酯二元醇與異佛爾酮二異氰酸酯為原料，二羥甲基丙酸、1,4—丁二醇為親水單體合成WPU預(yù)聚體，并加入氨基硅油進(jìn)行接枝共聚，生成了一種聚氨酯氨基硅油共聚體乳液。

2 防氈縮整理劑

有很多種樹脂可以合成羊毛防氈縮后整理劑，比如聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚硅氧烷等。WPU防氈縮劑整理織物后的效果更好，環(huán)保、無污染，防縮劑分子鏈中含有活性基團(tuán)，經(jīng)整理后，在羊毛纖維表層形成具有交織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的薄膜，并和羊毛纖維之間產(chǎn)生化學(xué)鍵連接，從而擁有優(yōu)良的防縮效果，且防縮耐久性長(zhǎng)[9~10 ]。

2.1 影響羊毛氈縮的因素

（1）羊毛纖維含有鱗片層，因?yàn)樗拇嬖?，使逆鱗片方向的摩擦系數(shù)大于順鱗片方向的摩擦系數(shù)，稱為定向摩擦效應(yīng)[10 ]。羊毛纖維具有一定的伸長(zhǎng)能力、回彈性、天然卷曲導(dǎo)致纖維發(fā)生氈縮。

（2）在濕熱或著化學(xué)試劑的環(huán)境下，若同時(shí)給予反復(fù)摩擦和擠壓，定向摩擦效應(yīng)會(huì)使纖維產(chǎn)生拉伸性運(yùn)動(dòng)，纖維會(huì)按一定方向緩緩蠕動(dòng)穿插，導(dǎo)致嚙合成氈，織物收縮緊密。

2.2 防氈縮機(jī)理

羊毛擁有獨(dú)特的組織結(jié)構(gòu)，鱗片層是導(dǎo)致羊毛發(fā)生氈縮最主要的因素，其中定向摩擦是制動(dòng)因素，高度的拉伸回復(fù)性是動(dòng)力因素。水性聚氨酯整理是將聚合物覆蓋在羊毛纖維表面的鱗片層上,達(dá)到減少順逆摩擦差的目的，使纖維和纖維之間的摩擦力減小，纖維也不容易再發(fā)生相互移動(dòng)的現(xiàn)象，達(dá)到防氈縮的目的[10~11 ]。

2.3 防氈縮整理劑的合成步驟

在裝有溫度計(jì)和攪拌器的四口燒瓶里，在氮?dú)獗Ｗo(hù)反應(yīng)體系下，把一定量的聚乙二醇在105 ℃下真空脫水1~2 h，降溫到50 ℃。再緩慢的加入適量異佛爾酮二異氰酸酯和2滴催化劑二月桂酸二丁基錫，分別升溫至60 ℃，80 ℃，100 ℃,并分別在此溫度下進(jìn)行反應(yīng)，得到預(yù)聚體。測(cè)定產(chǎn)物中的異氰酸酯含量,從而計(jì)算出下一步各種助劑的用量。降溫至20 ℃，在預(yù)聚體中加入一定量的乙醇,然后緩慢加入NaHSO3水溶液進(jìn)行封端乳化反應(yīng)，一段時(shí)間后得到PU溶液，滴加鹽酸將溶液調(diào)至弱酸性，得到一定含固量的WPU整理劑[12 ]。

2.4 應(yīng)用工藝

采用浸軋法，浸軋整理劑前必須要預(yù)清洗。

工藝流程：織物浸軋→二浸二軋（軋余率80 %）→烘干→汽蒸(100 ℃，5min)→拉幅定型。

2.5 研究現(xiàn)狀

（1）江魁等[14]采用過硫酸氫鉀(PMS)-聚乙烯亞胺(PEI)兩步法對(duì)羊毛毛條進(jìn)行連續(xù)化抗氈縮整理，發(fā)現(xiàn)聚乙烯亞胺對(duì)過硫酸氫鉀處理羊毛毛條的抗氈縮性有增進(jìn)作用，抗氈縮性和潤(rùn)濕性與氯化抗氈縮處理相當(dāng)，白度有所提高。

（2）孫第等[15 ]利用三羧乙基膦(TCEP)還原羊毛鱗片層二硫鍵，并根據(jù)巰基-烯點(diǎn)擊化學(xué)原理，采用二甲基二烯丙基氯化銨(DADMAC)在紫外光條件下對(duì)羊毛織物進(jìn)行防氈縮整理。整理后的羊毛纖維表面鱗片層軟化脫落，且被包覆鈍化，在標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)下水洗３次后，羊毛織物的氈縮率<7 %。

（3）余雪滿等[16]用雙氧水前處理與蛋白酶結(jié)合的方法對(duì)羊毛織物進(jìn)行表面改性,對(duì)羊毛織物防氈縮效果有顯著影響，氈縮率下降到5.34 %,達(dá)到了國際羊毛局標(biāo)準(zhǔn)，但強(qiáng)力有待改善。

（4）胡震等[17]以異佛爾酮二異氰酸酯和聚醚多元醇為基本原料，通過用亞硫酸氫鈉封端的方法，合成了2種WPU型羊毛防氈縮整理劑，并用于羊毛織物的后整理，獲得優(yōu)良的防氈縮效果和手感。

3 小結(jié)與展望

由于水性聚氨酯擁有環(huán)保、價(jià)格低廉、無甲醛等優(yōu)良的性能，用在紡織品的后整理中再合適不過。目前，WPU大多數(shù)被用作防水透氣劑，在抗靜電劑和固色劑等方面用途較少，今后應(yīng)不斷完善WPU作為防水透氣劑、防氈縮整理劑、抗起球起毛整理劑的性能，進(jìn)一步突破WPU作為抗皺整理劑、防靜電劑以及其他新用途的研究，為紡織行業(yè)提供更好的后整理方案。

[1]秦泗霞,姜洪雷,董漢磊,等.紡織品抗起球測(cè)試及常見起球原因分析[J].輕紡工業(yè)與技術(shù),2012,41(2):23-25.

[2]何葉麗.紡織品起毛起球成因及防止措施[J].印染,2004,30(21):51-51.

[3]丁長(zhǎng)波.IPN型水性聚氨酯—丙烯酸酯復(fù)合乳液的制備及性能研究[D].2016.

[4]蔣培燕.羊絨抗起毛起球劑的研發(fā)與應(yīng)用[D].西安工程大學(xué),2012.

[5]鐘業(yè)桂,葛鳳燕,蔡再生.殼聚糖微球固定化蛋白酶的制備及其在羊毛織物抗起毛起球整理中的應(yīng)用[J].印染助劑,2010,27(7):16-19.

[6]張平祿,潘國輝.織物抗起毛起球新技術(shù)現(xiàn)狀分析[J].科技信息,2011,24(27):92-93.

[7]劉海艷,徐成書,邢建偉.聚酯型水性聚氨酯羊絨抗起毛起球整理劑的合成及應(yīng)用[J].印染助劑,2015(4):34-37.

[8]孟娜.聚氨酯氨基硅油共聚體的制備及其在羊絨抗起毛起球整理上的應(yīng)用[D].2013.

[9]修玉英,馮青,羅鐘瑜.水性聚氨酯在織物整理中的應(yīng)用[J].紡織導(dǎo)報(bào),2006(2).

[10]鮑俊杰,黎兵,劉都寶,等.水性聚氨酯在紡織行業(yè)中的應(yīng)用[J].聚氨酯,2007(12):66-71.

[11]萬愛蘭,于偉東.羊毛表面特征對(duì)針織物起毛起球的影響[J].紡織學(xué)報(bào),2011,32(12):28-33.

[12]查劉生,吳明元,楊建軍.水性聚氨酯羊毛防縮劑SUW-2的應(yīng)用[J].印染助劑,1999(2):22-24.

[13]陶旭晨,李磊,李莉莉.聚氨酯類羊毛防縮整理劑的制備和應(yīng)用性能研究[J].毛紡科技,2008(12):5.

[14]江魁,邵建中.羊毛毛條的過硫酸氫鉀-聚乙烯亞胺抗氈縮整理研究[J].染整技術(shù),2019,41(2):33-38.

[15]孫第,胡懿,許麗金,等.基于點(diǎn)擊化學(xué)原理的羊毛織物無氯防氈縮整理[J].印染,2017,43(2):6-10.

[16]余雪滿,李清政.雙氧水前處理對(duì)毛織物防氈縮整理的影響[J].印染助劑,2017,34(12):39-41.

[17]胡震,閆克路,王煒.水性聚氨酯型羊毛防氈縮整理劑的合成及應(yīng)用[J].毛紡科技,2003(3):24-27.

10.3969/j.issn.2095-1205.2019.04.48

施夢(mèng)嬌(1997- )，女，漢族，陜西省渭南市人，本科在讀，研究方向：輕化染整技術(shù)的研發(fā)。

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2095-1205(2019)04-82-03