易去污整理劑FL-5的合成及在羊毛織物上的應(yīng)用

雒芳林，沈蘭萍，凌子超

（西安工程大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安710048）

羊毛織物具有柔軟、蓬松、保暖等優(yōu)良的服用性能，深受廣大消費(fèi)者的青睞，隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)高品質(zhì)羊毛產(chǎn)品的需求與日俱增。但是羊毛織物存在易起毛起球、易氈縮、洗滌易變形、易沾污等缺陷，給消費(fèi)者帶來(lái)諸多不便[1-3]。近年來(lái)，研究者們通過(guò)改善羊毛纖維表面性能、新型功能整理劑整理、纖維改性與功能整理相結(jié)合等方式，在改善羊毛織物易護(hù)理和豐富功能性等方面取得了一定的研究進(jìn)展[4-12]。水性聚氨酯功能整理劑尤其是有機(jī)硅改性聚氨酯在紡織領(lǐng)域的研究應(yīng)用近幾年來(lái)備受關(guān)注。李穎君[13]采用陽(yáng)離子聚氨酯對(duì)羊毛織物進(jìn)行機(jī)可洗防縮整理，取得了良好效果；倪麗杰[14]在聚氨酯基陽(yáng)離子親水性氨基有機(jī)硅柔軟劑的研究上取得突破性進(jìn)展；徐成書(shū)等[15]采用嵌段聚醚硅油改性聚氨酯對(duì)羊絨織物進(jìn)行整理，改善了織物的抗起毛起球性及洗滌防氈縮性。本實(shí)驗(yàn)制備了有機(jī)硅改性水性聚氨酯并將其應(yīng)用于羊毛織物，探索它對(duì)羊毛織物易護(hù)理性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料及儀器

材料：羊毛針織物、聚四氫呋喃（江蘇海安石油化工有限公司），異佛爾酮二異氰酸酯、醋酸、N-甲基二乙醇胺（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），線性聚醚改性氨基硅油（深圳泰康新材料科技有限公司），異丙醇（中國(guó)上海試劑總廠）。

儀器：SHZ-3型真空泵（河南省予華儀器有限公司），電子天平（余姚市金諾天平儀器有限公司），JJ-1B電動(dòng)攪拌器（江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司），離心機(jī)（長(zhǎng)沙市鑫奧儀器儀表有限公司），NDJ-79旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司），電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海精宏試驗(yàn)設(shè)備有限公司），傅里葉變換紅外光譜儀（美國(guó)Nicolet公司），JSM-5600LV掃描電子顯微鏡（日本JEOL精密儀器公司），馬爾文激光粒度儀（Malvern儀器有限公司），ST10 pH計(jì)（奧豪斯儀器有限公司），思維士電腦測(cè)色儀（思維士科技公司），M216織物透濕測(cè)試儀（青島山紡儀器有限公司），Y571N摩擦色牢度試驗(yàn)儀，起毛起球測(cè)試儀、YG026B電子織物強(qiáng)力機(jī)、YG461E數(shù)字式織物透氣量?jī)x（南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）。

1.2 易去污整理劑FL-5的制備

在裝有溫度計(jì)、冷凝管、攪拌器的干燥三口燒瓶中加入聚四氫呋喃和異佛爾酮二異氰酸酯，常溫下攪拌均勻，之后緩慢升溫至60℃，恒溫30 min，再升溫至85℃，恒溫80 min，然后降溫至60℃并加入N-甲基二乙醇胺，恒溫150 min，待測(cè)定預(yù)聚體中—NCO基團(tuán)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到理論值后適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速，緩慢滴加（控制加料時(shí)間30 min）線性聚醚改性氨基硅油（硅油采用異丙醇稀釋，硅油/異丙醇質(zhì)量比為1/1.5），滴加結(jié)束后提高轉(zhuǎn)速，保持60℃繼續(xù)反應(yīng)80 min，然后降溫至40℃并加入醋酸，中和15 min，再加入水，強(qiáng)力攪拌乳化40 min，制得理論固含量為30%的易去污整理劑FL-5。

1.3 整理工藝

將布樣浸泡在整理液（冰醋酸調(diào)節(jié)pH至4～4.5，浴比為15∶1）中，50℃處理30 min，水洗、脫水、烘干。

1.4 測(cè)試

凝膠色譜：采用凝膠色譜分析儀進(jìn)行測(cè)試。

黏度：采用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

離心穩(wěn)定性：取易去污整理劑10 mL置于離心管中，以4 000 r/min離心20 min，觀察穩(wěn)定性。

耐酸穩(wěn)定性：取100 mL易去污整理劑，調(diào)節(jié)pH為3.0，在恒溫恒濕箱中80℃靜置60 min，觀察乳液是否破乳和沉淀。

貯存穩(wěn)定性：將易去污整理劑用試劑瓶密封置于室溫下靜置一定時(shí)間，觀察有無(wú)沉淀和分層現(xiàn)象。

親水性：在平鋪的織物表面滴1滴去離子水（滴管距布面10 cm），記錄液滴開(kāi)始與布面接觸至水滴完全鋪展所需的時(shí)間，每塊布樣測(cè)試5個(gè)不同部位，取平均值。

粒徑：采用激光粒度儀進(jìn)行測(cè)試。

紅外光譜：采用傅里葉紅外光譜儀進(jìn)行測(cè)試。

掃描電鏡：采用掃描電子顯微鏡進(jìn)行測(cè)試。

易去污性能：按照AATCC—130《易去污測(cè)試》進(jìn)行測(cè)試。

抗起毛起球性：按照GB/T 4802.3—2008《紡織品織物起球試驗(yàn)起球箱法》測(cè)試。

手感：采用5人觸摸織物方式進(jìn)行評(píng)定，結(jié)果共分為柔軟（5級(jí)）、較柔軟（4級(jí)）、一般柔軟（3級(jí)）、較硬（2級(jí)）和硬（1級(jí)）5個(gè)級(jí)別。

透濕透氣性：按照GB/T 12704.1—2009《紡織品織物透濕性試驗(yàn)方法第1部分：吸濕法》測(cè)試透濕性能；按照GB/T 5453—1997《紡織品織物透氣性的測(cè)定》測(cè)試透氣性能。

尺寸穩(wěn)定性：按照AATCC 135—2012《織物經(jīng)家庭洗滌后的尺寸穩(wěn)定性》進(jìn)行測(cè)試。

耐摩擦色牢度：按照GB/T 3920—2008測(cè)試。

色差：以未整理織物為標(biāo)準(zhǔn)樣，采用電腦測(cè)色儀測(cè)試整理劑整理后織物的顏色變化。

頂破強(qiáng)力：依據(jù)GB/T 19976—2005《紡織品頂破強(qiáng)力的測(cè)定鋼球法》測(cè)試，測(cè)試3次，取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 FL-5的性能

2.1.1 綜合性能

實(shí)驗(yàn)制備的易去污整理劑FL-5為半透明泛藍(lán)光乳液，離心穩(wěn)定性、耐酸穩(wěn)定性良好，貯存穩(wěn)定性＞12月，重均分子質(zhì)量6.85×104，數(shù)均分子質(zhì)量4.82×104，黏度2.86 Pa·s，實(shí)際固含量29.4%。

2.1.2 粒徑

由圖1可知，易去污整理劑FL-5粒徑的分散指數(shù)（PDI）為0.093，平均粒徑（Z-Average）為121.9 nm，而峰值粒徑為132.9 nm，說(shuō)明易去污整理劑FL-5的單分散性良好。

圖1 易去污整理劑FL-5的粒徑

2.2 紅外光譜（FT-IR）

由圖2a可知，1 242和803 cm-1處為Si—CH3彎曲搖擺振動(dòng)吸收峰，1 100 cm-1處為聚硅氧烷鏈段的特征吸收峰；由圖2b可知，3 220 cm-1處為氨基甲酸酯中氨基的伸縮振動(dòng)特征吸收峰，1 720 cm-1處為CO的伸縮振動(dòng)特征峰，1 560 cm-1處為—NH的彎曲振動(dòng)峰和—CO的伸縮振動(dòng)峰，說(shuō)明易去污整理劑FL-5中含有氨基甲酸酯的特征結(jié)構(gòu)。另外，圖2b 803和1 250 cm-1處為Si—CH3的彎曲搖擺振動(dòng)吸收峰，1 104 cm-1處為聚硅氧烷鏈段的特征吸收峰，表明易去污整理劑FL-5中含有聚醚硅油的特征結(jié)構(gòu)。

圖2 易去污整理劑FL-5和聚醚硅油的紅外譜圖

2.3 易去污整理劑FL-5對(duì)羊毛織物性能的影響

2.3.1 親水性與透濕透氣性

織物整理前后的透濕透氣量及潤(rùn)濕時(shí)間見(jiàn)表1。

表1 織物整理前后的透濕透氣量及潤(rùn)濕時(shí)間

由表1可知，隨著整理劑用量的增加，整理后織物的透濕透氣性均下降，而親水性先提高后降低。當(dāng)整理劑用量為1.0%～2.0%時(shí)，織物的透濕性下降幅度不大，且親水性明顯改善。原因是隨著整理劑用量的提升，親水基團(tuán)增加，親水性得以改善。然而隨著整理劑用量的提升，纖維表面成膜完整性提高，纖維之間的間隙減小，因此整理劑用量超過(guò)一定范圍后，整理織物的透濕透氣性下降。

2.3.2 耐摩擦色牢度、色差與頂破強(qiáng)力

由表2可知，織物整理前后耐摩擦色牢度沒(méi)有明顯差異，總色差小于0.5，說(shuō)明整理劑對(duì)整理織物耐摩擦色牢度及顏色色光基本沒(méi)有影響，滿足生產(chǎn)實(shí)際要求。隨著整理劑用量的提高，織物的頂破強(qiáng)力先增大后減小，這是由于隨著整理劑用量的提升，纖維表面形成包覆膜的完整性提高，交聯(lián)作用增強(qiáng)，織物的頂破強(qiáng)力增大。而當(dāng)整理劑用量超過(guò)一定范圍后，隨著成膜黏附作用的增強(qiáng)，易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而造成強(qiáng)力降低。

表2 織物整理前后的耐摩擦色牢度、色差和頂破強(qiáng)力

2.3.3 手感與抗起毛起球性

由表3可知，整理劑用量為0.5%～2.0%時(shí)，織物手感明顯改善，當(dāng)整理劑用量超過(guò)2.0%時(shí)，織物手感反而變差。隨著整理劑用量的提升，織物抗起毛起球性明顯改善，當(dāng)整理劑用量提高至1.5%時(shí)，相比未整理織物，抗起毛起球性提高近1級(jí)。

表3 織物整理前后的手感及抗起毛起球性

整理后織物手感提升的主要原因是整理劑分子中的硅氧烷鏈段在織物表面富集提高了織物的柔順性。而當(dāng)整理劑用量超過(guò)2.0%時(shí)，織物手感下降主要是因?yàn)槔w維表面包覆膜的黏附性增強(qiáng)，在一定程度上限制了纖維的相對(duì)滑移。整理后織物抗起毛起球性改善，主要是整理劑分子在纖維表面成膜抑制了摩擦造成的短纖維溶出現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)20次洗滌后，織物手感及抗起毛起球性能基本不受影響，說(shuō)明整理效果的耐久性良好。

2.3.4 尺寸穩(wěn)定性與易去污性

由表4可知，整理后織物的尺寸穩(wěn)定性和易去污性明顯改善。當(dāng)整理劑用量超過(guò)1.5%，經(jīng)過(guò)20次洗滌后，織物的尺寸穩(wěn)定性和易去污性能仍然保持優(yōu)良。原因是織物經(jīng)過(guò)整理之后，在表面形成一層光滑的包覆膜，且隨整理劑用量的提升，成膜的完整性提高，經(jīng)過(guò)洗滌后纖維通過(guò)滑移回復(fù)到原位的能力良好；另外，整理劑用量過(guò)高，纖維表面成膜黏附性增強(qiáng)，纖維間的滑移受阻，交聯(lián)程度提高，使織物的耐洗尺寸穩(wěn)定性進(jìn)一步提升。而易去污性的改善主要是整理劑分子中攜帶有親水性基團(tuán)，降低了織物的表面能，使污漬在水洗過(guò)程中更容易去除。

表4 織物整理前后的尺寸穩(wěn)定性和易去污性

2.4 掃描電鏡

由圖3可知，未整理織物纖維表面鱗片清晰，凹凸不平，而經(jīng)易去污整理劑FL-5整理后，纖維表面光滑平整，形成了完整的包覆膜。

圖3 織物掃描電鏡圖

3 結(jié)論

（1）紅外光譜表明成功制備了硅油改性聚氨酯型易去污整理劑FL-5，為泛藍(lán)光乳液，穩(wěn)定性良好；粒徑分散指數(shù)為0.093，平均粒徑為121.9 nm，峰值粒徑為132.9 nm。

（2）易去污整理劑FL-5用量為1.0%～2.0%（omf）時(shí)，整理織物的各項(xiàng)性能均較好。

（3）未整理織物纖維表面鱗片清晰，凹凸不平；易去污整理劑FL-5整理后纖維表面光滑平整，形成了完整的包覆膜。