水性聚氨酯在紡織品上的應用

施夢嬌　習智華　王　洋　劉紫洋　劉　帆

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水性聚氨酯在紡織品上的應用

施夢嬌習智華王洋劉紫洋劉帆

（西安工程大學紡織科學與工程學院輕化工程 陜西西安 710048）

水性聚氨酯（WPU）作為一種新型環保的無甲醛整理劑被應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理、應用條件和國內外研究進展狀況。

水性聚氨酯；抗起毛起球；防氈縮

近幾年來，隨著人們環保意識的提高以及國家確立的環保法案，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，已經開發出了相應的產品。目前，水性聚氨酯不僅具有優良的耐光性，而且耐酸耐堿堿，在紫外線照射下不易發生黃變，價格便宜，同時也具備良好的耐腐蝕性、熱穩定性，在很多方面有著應用潛力，如織物整理劑、涂層、粘合劑等。將它應用于織物的后整理，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的需求。這對紡織業在多功能性紡織品方面的發展有一定的貢獻，同時也對紡織助劑的創新和研究有很重要的社會價值和經濟價值。

1 抗起毛起球整理劑

1.1 影響起毛起球的因素

（1）纖維的卷曲波會影響纖維是否起球，波形越多，纖維越易發生伸展，松動滑移，纖維表面會產生毛茸。纖維越細，暴露在纖維表面的頭端就越多，越容易起球。從纖維長度來比,短纖維比長纖維更容起毛起球,因為短纖維頭端數多，而且纖維間的吸引力和摩擦力也會影響織物的起毛起球性能。

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

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

（4）在穿著過程中織物受到的摩擦次數越多，摩擦力越大，越容易起球。

1.2 抗起毛起球機理

水性聚氨酯是一種新型環保無甲醛的樹脂整理劑,它能在纖維表面上形成交織網狀薄膜,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，達到抗起毛起球目的[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聚體；合成時，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，再通過調節各原料的配比，確定WPUA復合乳液的制備工藝。再考察R值大小，DMBA用量、不同多元醇的質量比、PU與PA的質量比、BA與MMA的質量比、中和度以及EDA的用量等對復合乳液合成及性能的影響。最后為了進一步提高WPUA復合乳液膠膜的耐水性，引入含有環氧基的甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA），在乳液成膜過程中，環氧基與聚氨酯分子鏈上的羧基反應，從而明顯提高復合乳液膠膜的耐水性[3]。

1.4 應用工藝

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→預烘（100 ℃，3 min）→烘干（150 ℃，3 min）

1.5 研究現狀

羊絨織物的起毛起球現象非常影響它的服用性能以及穿著外觀，目前國內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問題。下面是國內外一些抗起毛起球劑的研究現狀：

（1）蔣培燕等[4]以八甲基環四硅烷和氨基硅氧烷偶聯劑為原料，采用本體聚合的方法，在堿性催化劑催化下開環聚合得到氨基硅油，再對生成的氨基硅油進行聚醚接枝以及異氰酸酯接枝改性，最后用亞硫酸氫鈉對異氰酸酯基進行封端，得到改性氨基硅油。

（2）鐘業桂等[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，同時也賦予羊絨織物豐滿柔軟的手感，對環境友好，不損傷皮膚，廢液易生物降解，符合生態環保的要求。

（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，達到抗起毛起球的效果。該方法有4個優點：①需要的設備簡單；②低溫進行后處理，容易將熱穩定性不好的薄膜沉淀在基底上或在熱穩定性不好的基底上制作膜；③對襯底的大小和形狀要求不嚴格；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構和成分。

（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）為親水性擴鏈劑，與異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)合成水性聚氨酯（WPU）預聚體，通過氨基聚醚嵌段三元共聚硅油擴鏈接枝，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預聚體，并加入氨基硅油進行接枝共聚，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，環保、無污染，防縮劑分子鏈中含有活性基團，經整理后，在羊毛纖維表層形成具有交織網絡結構的薄膜，并和羊毛纖維之間產生化學鍵連接，從而擁有優良的防縮效果，且防縮耐久性長[9~10 ]。

2.1 影響羊毛氈縮的因素

（1）羊毛纖維含有鱗片層，因為它的存在，使逆鱗片方向的摩擦系數大于順鱗片方向的摩擦系數，稱為定向摩擦效應[10 ]。羊毛纖維具有一定的伸長能力、回彈性、天然卷曲導致纖維發生氈縮。

（2）在濕熱或著化學試劑的環境下，若同時給予反復摩擦和擠壓，定向摩擦效應會使纖維產生拉伸性運動，纖維會按一定方向緩緩蠕動穿插，導致嚙合成氈，織物收縮緊密。

2.2 防氈縮機理

羊毛擁有獨特的組織結構，鱗片層是導致羊毛發生氈縮最主要的因素，其中定向摩擦是制動因素，高度的拉伸回復性是動力因素。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，纖維也不容易再發生相互移動的現象，達到防氈縮的目的[10~11 ]。

2.3 防氈縮整理劑的合成步驟

在裝有溫度計和攪拌器的四口燒瓶里，在氮氣保護反應體系下，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行反應，得到預聚體。測定產物中的異氰酸酯含量,從而計算出下一步各種助劑的用量。降溫至20 ℃，在預聚體中加入一定量的乙醇,然后緩慢加入NaHSO3水溶液進行封端乳化反應，一段時間后得到PU溶液，滴加鹽酸將溶液調至弱酸性，得到一定含固量的WPU整理劑[12 ]。

2.4 應用工藝

采用浸軋法，浸軋整理劑前必須要預清洗。

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 研究現狀

（1）江魁等[14]采用過硫酸氫鉀(PMS)-聚乙烯亞胺(PEI)兩步法對羊毛毛條進行連續化抗氈縮整理，發現聚乙烯亞胺對過硫酸氫鉀處理羊毛毛條的抗氈縮性有增進作用，抗氈縮性和潤濕性與氯化抗氈縮處理相當，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，并根據巰基-烯點擊化學原理，采用二甲基二烯丙基氯化銨(DADMAC)在紫外光條件下對羊毛織物進行防氈縮整理。整理后的羊毛纖維表面鱗片層軟化脫落，且被包覆鈍化，在標準循環下水洗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合的方法對羊毛織物進行表面改性,對羊毛織物防氈縮效果有顯著影響，氈縮率下降到5.34 %,達到了國際羊毛局標準，但強力有待改善。

（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，獲得優良的防氈縮效果和手感。

3 小結與展望

由于水性聚氨酯擁有環保、價格低廉、無甲醛等優良的性能，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.紡織品抗起球測試及常見起球原因分析[J].輕紡工業與技術,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]丁長波.IPN型水性聚氨酯—丙烯酸酯復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與應用[D].西安工程大學,2012.

[5]鐘業桂,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現狀分析[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用[J].紡織導報,2006(2).

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

[11]萬愛蘭,于偉東.羊毛表面特征對針織物起毛起球的影響[J].紡織學報,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,2019,41(2):33-38.

[15]孫第,胡懿,許麗金,等.基于點擊化學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用[J].毛紡科技,2003(3):24-27.

10.3969/j.issn.2095-1205.2019.04.48

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

TS101

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2095-1205(2019)04-82-03