水性聚氨酯抗皱整理剂配方优化及应用工艺

      纺织主要原料是棉纤维，纯棉织物具有穿着舒适、透气吸湿的特点，深受人们的青睐。但是棉质服装的不足是容易折皱，容易缩水，水洗后需要熨烫，不方便使用，所以目前研究的热点之一是抗皱免烫整理，它也是重要的后整理加工工艺。效果明显的棉织物抗皱免烫整理剂是2D树脂，但由于2D树脂在棉织物使用过程中释放甲醛而受到广泛限制。因此研制绿色环保的抗皱免烫整理剂成为热点之一。而水性聚氨酯抗皱免烫整理剂不但提高棉织物的折皱回复角，因其不含甲醛，对手感、白度无明显影响，整理后对织物强力损伤较小，恰好能有效弥补低甲醛树脂的不足。用芳香族异氰酸酯合成的水性聚氨酯在棉质服装熨烫、水洗、日晒过程中会出现泛黄和降解现象，而采用脂肪族异氰酸酯能有效避免上述缺点。本文就是以脂肪族异氰酸酯为主要原料合成了一种可以用于棉织物的抗皱整理剂。

1 实验部分

1.1实验方法

1.1.1合成工艺

a.纯聚酯型水性聚氨酯

      将真空干燥的聚酯二元醇加入装有温度计及电动搅拌器的三口瓶中加热熔融后，加入一定量的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，混合均匀后，滴加三滴催化剂（二月桂酸丁基锡），缓慢升温至70℃～ 80℃，滴定体系中游离-NCO的含量达到理论值时，加入二羟甲基丙酸(DMPA)，缓慢升温至75℃～85℃，滴定体系中游离-NCO的含量达到理论值时，将预聚体冷却至40℃～ 50℃，加入三乙胺进行中和反应，搅拌30min，然后再降至室温，在高速搅拌的条件下，加入去离子水乳化30min，得到脂肪族水性聚氨酯乳液。

b.聚酯/聚醚混合型水性聚氨酯

      将真空干燥的聚酯/聚醚混合多元醇加入装有温度计及电动搅拌器的三口瓶中加热熔融，加入一定量的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，混合均匀后，滴加三滴催化剂（二月桂酸丁基锡），缓慢升温至55℃～ 65℃，滴定体系中游离-NCO的含量达到理论值，加入二羟甲基丙酸(DMPA)，缓慢升温至70℃～80℃，滴定体系中游离-NCO的含量达到理论值，将预聚体冷却至40℃～50℃，此时要加快搅拌速度，加入三乙胺进行中和反应，搅拌30min，然后再降至室温，在高速搅拌的条件下，加入去离子水乳化30min，得到脂肪族水性聚氨酯乳液。

1.1.2织物整理

      室温下，二浸二轧(轧余率90%)→预烘(80℃，3min)→焙烘（ 160℃， 3min)

1.2性能测试

1.2.1织物弹性折皱回复角

      考察织物整理后折皱性能的最主要指标是折皱回复角。织物弹性折皱回复角(WRA)在YG541D型弹性仪上，按AATCC66-2003测试。

1.2.2织物断裂强度

      考核织物整理后机械强力的最有效指标之一是织物拉伸断裂强力。织物断裂强度测定在万能材料试验机上按ASTMD434-95标准进行测定。

1.2.3织物撕破强力

      织物撕破强力测定在YG033织物撕裂仪上，按GB/T3917.1-1997标准进行测定。

1.2.4织物透气性

      按照GB/T5453-1997《织物透气性测定方法》，在YG46lE电脑式透气性测试仪上测定织物的透气量值，压差为127Pa，每块试样测三次，取平均值。

1.2.5白度

      白度以白板为标准进行对比，将织物重叠至少8层确保不透光，置于白度仪中进行测试(白度仪事先预热lh)，随机测试8点，取平均值。

2 结果与讨论

2. 1水性聚氨酯整理配方的优化

      本文使用自制的水性聚氨酯用于棉织物的抗皱整理，根据数学统计方法，设计正交实验，探讨水性聚氨酯整理剂应用在棉织物上抗皱效果、对棉织物原有性能影响最小的工艺配方。具体方案见表2-1，水性聚氨酯应用结果见表2-2，正交试验结果分析见表2-3：

a.分子量及多元醇类型对水性聚氨酯整理剂应用性能的影响

      从表2-3中的数据分析结果表明：水性聚氨酯整理剂应用于棉织物时，多元醇的分子量对棉织物的断裂强力、断裂伸长率、撕破强力、透气量性能的影响最大。因为水性聚氨酯整理剂的软段部分是多元醇，多元醇分子量越大，软段部分占水性聚氨酯整理剂分子链的比例越大，影响了水性聚氨酯分子结构，从而影响了水性聚氨酯整理剂的最终性能及应用性能。棉织物本身的性能也会随其变化而变化。

      本实验中，从分子量角度来看，分子量为1500的聚酯型聚氨酯整理剂应用于织物后，急弹回复角比分子量为1000的聚酯型整理剂的大，拉伸强度下降。主要原因可能是随着多元醇分子量的增加，软段比例增加，提高了两相分离度，溶解在软段中的硬段比例下降，软硬链段之间的氢键强度下降，极性基团之间的作用力减小，导致拉伸强度下降；从多元醇类型角度来看，聚醚/聚酯混合型的整理剂与聚酯型相比，急弹回复角提高，透气量增大，同时对织物的断裂强力、撕破强力、白度影响较小。作为棉织物的抗皱整理剂，在保证织物强力损失在一定范围内，希望急弹回复角越大越好，所以选择聚酯/聚醚（ 3:2）混合型的聚氨酯整理剂最好。

b.R值对水性聚氨酯整理剂应用性能的影响

      水性聚氨酯之所以受到科研工作者的青睐的原因之一就是聚氨酯分子的可设计性。可以通过调节软硬段比例（ R值）来制备所需要的聚氨酯分子，达到其应用的目的。从正交分析表中可以看出， R值对断裂强力影响最大，对其他四个指标影响较小。当R值为2.2时，织物的折皱回复角最大，断裂强力最大。由于此时异氰酸酯基团数量增多，可能与棉织物上羟基的交联反应增加，阻碍了纤维素分子间的相对滑移，折皱回复角因而提高。同时，织物的断裂强力、断裂伸长率、撕裂强力、透气量、白度也都在允许的范围内，所以本实验认为R值为2.2为宜。

c.DMPA用量对水性聚氨酯整理剂应用性能的影响

      二羟甲基丙酸（ DMPA）作为亲水基团引人聚氨酯分子中，同时它本身也是小分子扩链剂。由于本实验制备的水性聚氨酯乳液作为棉织物抗皱整理剂使用，希望水性聚氨酯整理剂分子能够更多的进入棉纤维的无定形区，与纤维素分子相互缠绕，阻碍了纤维素分子间的相对滑移，从而起到抗皱的效果。 DMPA的用量影响着水性聚氨酯分子链的长度，用量过多，扩连效果明显，小分子链的聚氨酯分子居多，进入棉纤维的无定形区聚氨酯分子增多，抗皱效果明显；同时二羟甲基丙酸显酸性，对棉织物的强力有一定影响。在保证棉织物强力损失在允许的范围内情况下，故认为DMPA用量为4.5%为宜。

2. 2 水性聚氨酯在棉织物抗皱应用工艺的研究

a.水性聚氨酯整理剂用量对整理效果的影响

      配制不同浓度的水性聚氨酯整理剂，其它条件均不变对织物进行抗皱整理，结果见表2-4和表2-5。

      从表2-4及表2-5中可知，随着水性聚氨酯整理剂用量的增加，织物的折皱回复角逐渐增大，断裂强力、强力保留率和撕破强力稍有下降，其用量对织物白度的影响不明显。这可能是因为整理剂分子能够扩散到纤维的无定形区内，树脂化后即沉积于纤维中，和纤维分子建立氢键，将纤维分子互相缠结起来，通过物理-机械作用或氢键，改变了纤维的流变性能，限制了分子链的相对移动性能。当用量增加到100g/L后，折皱回复角不再提高，说明纤维素内已充满整理剂，或与纤维间的交联作用已充分。综合考虑，认为整理剂浓度100g/L左右最佳。

b.焙烘温度及时间对整理效果的影响

      其他一切条件不变，只改变焙烘温度和时间，对织物进行抗皱整理，并对处理过的棉布进行性能测试，结果见表2-6及表2-7。

      从表2-6， 2-7中可以看出，随着焙烘温度的升高、焙烘时间的增长，织物的折皱回复角逐渐提高，断裂强力、强力保留率、撕破强力逐渐下降；当温度较高时白度略有下降。这可能是由于不论焙烘温度的升高，还是焙烘时间的延长，都可以使整理剂充分的渗透到纤维素中并固着表面，或促进与纤维的交联反应，使其反应充分;但焙烘时间超过3min后，折皱回复角增加幅度小，且温度太高时间太长，纤维的强力损失增大，织物的白度影响严重，浪费能源。综合考虑，认为焙烘条件为160℃× 3min最佳。

2.3 纯聚酯型整理剂抗皱效果与聚酯/聚醚混合型抗皱效果的对比

      将自制的纯聚酯型水性聚氨酯整理剂和聚酯/聚醚混合型水性聚氨酯整理剂分别对棉织物进行整理，将处理后织物分别水洗10次，再对棉织物进行折皱回复角测试，结果见表2-8。

      从表2-8可以看出， 1#样品的折皱回复角（经向+纬向）提高了30.4°，强力保留率90%； 2#样品的折皱回复角（经向+纬向）提高了40.8°，强力保留率92%；聚酯/聚醚混合型水性聚氨酯乳液的抗皱效果比纯聚酯型水性聚氨酯乳液好。这可能是由于醚键的存在，醚键可以180°任意旋转，绕在纤维素分子中，阻碍其相对滑移，而且醚键具有疏水性，弥补聚酯型耐水性差的缺点。

3 结论

(1)当聚酯多元醇分子量为1000，聚酯/聚醚比例为3:2， R 值2.2， DMPA用量为4.5%，制备的水性聚氨酯整理剂在棉织物抗皱整理时折皱回复性最好，同时对棉织物的原有性能影响较小。

(2)以纯聚酯型水性聚氨酯为例，讨论了抗皱整理工艺，整理剂用量为100g/L， JFC用量为1g/L，采用二浸二轧(轧余率80%)→预烘(80℃， 3min)→焙烘（ 160℃ ,3min)。

(3)整理后的织物进行水洗后，聚酯/聚醚混合型的整理剂抗皱效果明显好于纯聚酯型的整理剂。