檸檬酸化殼聚糖改性水性聚氨酯整理劑對織物性能的影響

袁照森，任 燕，黃 昊，王高陽，徐成書，劉 斌

（1.西安工程大學紡織科學與工程學院，陜西西安 710048；2.深圳市計量質量檢測研究院，廣東深圳 518000）

水性聚氨酯是以水代替有機溶劑作為分散介質的聚氨酯體系，具有無毒、無污染、相容性好、易于改性、安全可靠等諸多優點，大大降低了生產成本，并對印染行業向綠色、環保方向轉型升級起到了積極且重要的作用［1-4］。殼聚糖是由甲殼素經過脫乙酰化獲得的堿性多糖，具有抗菌、易降解、環境友好等良好特性。目前已經被廣泛應用于制藥、生物醫學、食品包裝、印染助劑等領域［5-9］，但是由于其相對分子質量大，容易在分子內及分子間形成氫鍵，幾乎不溶于水和絕大多數有機溶劑，而目前紡織品的染色和整理加工多是以水作為介質，因此殼聚糖難以直接作用于紡織品印染加工過程［10］。

本實驗以檸檬酸化殼聚糖（CA-CS）作為改性劑，合成檸檬酸化殼聚糖改性的水性聚氨酯乳液（CS-WPU），將原本不溶于水的殼聚糖進行酸化改性并嵌入水性聚氨酯中，將其作為功能整理劑以改善織物的性能。將改性后的水性聚氨酯乳液（CS-WPU）和未改性的水性聚氨酯乳液（WPU）分別作為功能整理劑，采用浸軋方法分別對羊毛織物和平紋棉織物進行后整理，并測試織物的各項性能。

1 實驗

1.1 材料與儀器

織物：純羊毛平紋機織物、純棉平紋機織物。

試劑：異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI，分析純，濟寧佰一化工有限公司），聚酯218（工業級，江陰市金海高分子材料有限公司），聚四氫呋喃醚二醇（PTMEG-2 000）、二羥甲基丁酸（DMBA）（工業級，江陰市金海高分子材料有限公司），三乙胺（TEA，分析純，濟南子安化工有限公司），二月桂酸二丁基錫（DBTDL，天津大茂化學試劑廠），檸檬酸（分析純，天津市富起化工有限公司），殼聚糖（分析純，上海藍季生物有限公司），無水乙醇（分析純，天津市富宇精細化工有限公司），去離子水。

儀器：MU505T 軋車（北京紡織機械器材研究所），LA-205熱定形機（日本株式會社），YG541L 褶皺測試儀、YG502N 起毛起球儀（南通宏大實驗儀器有限公司），X-Ritem Colori7 愛色麗分光測色儀（美國愛色麗公司），HX-T 電子天平（慈溪市天東衡器廠），YG026B 電子織物強力機（寧波紡織儀器廠）。

1.2 CS-WPU 的合成

將裝有攪拌裝置、溫度計的三頸燒瓶抽真空后加入PTMEG 和聚酯218，升溫至60 ℃，加入IPDI，升溫至80 ℃，攪拌均勻后將溫度控制在80～85 ℃，反應1 h，加入親水擴鏈劑DMBA，繼續反應2 h 完成預聚反應，分3 次加入CA-CS，繼續反應2 h，將反應體系溫度降至65 ℃左右，加入中和劑TEA，中和30 min 后降至室溫，在全速攪拌條件下加入去離子水，保持溫度不變乳化30 min，乳化結束后得到檸檬酸化殼聚糖改性的水性聚氨酯乳液（CS-WPU）。反應機理如下：

1.3 織物后整理工藝

工藝配方：WPU 或CS-WPU 100 g/L。

羊毛織物：二浸二軋（室溫下一浸30 min，軋余率90%；室溫下二浸5 min，軋余率90%）→預烘（80 ℃，3 min）→焙烘（160 ℃，3 min）。

棉織物：一浸一軋（室溫下浸3～5 min，軋余率100%）→預烘（80 ℃，3 min）→焙烘（160 ℃，3 min）。

1.4 測試

1.4.1 抑菌性

參照GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價第3 部分：振蕩法》進行測試。織物的抑菌率計算公式如下：

式中：A表示對照樣振蕩18 h 后燒瓶內的活菌濃度平均值，CFU/mL；B表示抗菌織物振蕩18 h 后燒瓶內的活菌濃度平均值，CFU/mL。

1.4.2 抗皺性

參照GB/T 3819—1997《紡織品織物折痕回復性的測定回復角法》進行測試，測試2次，取平均值。

1.4.3 白度

參照GB/T 17644—2008《紡織纖維白度色度試驗方法》測試，取織物不同部位測試4次，取平均值。

1.4.4 斷裂強力

參照GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能第1 部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》進行測試。

1.4.5 起毛起球性

參照GB/T 4802.2—2008《紡織品 織物起毛起球性能的測定第2部分：改型馬丁代爾法》進行測試。

1.4.6 手感

將未整理、經過CS-WPU 和WPU 整理的羊毛織物、棉織物分別放置在2 個評級箱中。選取測試者10人，單獨對織物手感進行評級排序，1 級為最佳，3 級為最差，最終取10 人的排名平均值作為該織物手感的最終值，越接近1 級說明手感越好，越接近3 級說明手感越差。

2 結果與討論

2.1 抗菌性能

由表1 可知，經CS-WPU 整理后的羊毛織物對大腸埃希菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率可以達到97%和95%，明顯優于經WPU 整理后的羊毛織物。這是因為作為天然堿性多糖的殼聚糖，其分子鏈上存在大量氨基。在酸性條件下，氨基吸收質子從而帶上正電荷，與細菌細胞壁和細胞膜上的負電荷結合，干擾細胞壁的生成，從而抑制細菌生長，達到抑菌效果。實驗表明殼聚糖已經成功引入水性聚氨酯中，所形成的殼聚糖改性水性聚氨酯具有良好的抗菌性能。

表1 羊毛織物的抑菌率

2.2 抗皺性能

由圖1可知，經過WPU和CS-WPU整理后，羊毛織物的折皺回復角均減小，抗皺性能有所下降，但是經CS-WPU 整理后的羊毛織物抗皺性能下降幅度不大。

圖1 織物的抗皺性能

棉織物的情況與羊毛織物截然相反，經過WPU和CS-WPU 整理后，棉織物的折皺回復角均明顯增加，而且經CS-WPU 整理后，抗皺性能的增長明顯優于WPU，急彈和緩彈折皺回復角分別提升了11.23°和20.64°。這是因為羊毛纖維自身具有優良的彈性和卷曲，整理劑的施加反而限制其相對運動，造成了抗皺性能的下降。而棉織物抗皺性能差，在焙烘過程中，WPU、CS-WPU 中的大分子與纖維之間發生共價鍵交聯，沉積在纖維的無定形區；當作用的外力撤去后，這些分子間的交聯使得棉織物的抗皺性能得以提高。而經CS-WPU 整理后的棉織物，因為殼聚糖的引入，其大分子中的活性基團與纖維素纖維發生交聯后，會使棉織物獲得更為優異的抗皺效果，這有可能是CS-WPU整理后棉織物抗皺性能更勝一籌的原因。

2.3 白度

由圖2 可以看出，經WPU、CS-WPU 整理后的羊毛織物與棉織物白度均有所降低，而且經過CS-WPU整理的織物白度下降更明顯。這是因為在高溫焙烘過程中，織物會發生一定程度的黃變，而殼聚糖本身為略帶珍珠光澤的黃色固體，改性后的CS-WPU 乳液較未改性的WPU 乳液帶有明顯的黃色，整理至織物上后，織物的白度呈現下降趨勢。

圖2 織物的白度

2.4 強力

從表2 中可以看出，經WPU、CS-WPU 整理后的棉織物經緯向的斷裂強力均有明顯降低。這是因為經過整理后，在棉織物纖維的基本結構單元及大分子間引入了一定數量比較穩定的共價鍵交聯，使各單元間的移動性受限，當承受外力時變得更加不均勻，從而導致織物的斷裂強力和斷裂伸長率下降。

表2 棉織物的強力

2.5 抗起毛起球性能及手感

由表3 可以看出，經WPU 或CS-WPU 整理后的織物抗起毛起球性能略優于未整理織物，而棉織物整體的抗起毛起球效果更佳，這是因為棉織物前處理時經過燒毛處理，表面光潔，整理前后變化不明顯。而手感呈現出與起毛起球性能相反的結果，整理后織物的手感均有所下降，采用WPU 或CS-WPU 整理對手感的影響差別不大。這是因為通過整理在織物表面以共價鍵交聯的方式形成一層連續的薄膜，防止纖維產生茸毛進一步纏結為小球，從而賦予織物良好的抗起毛起球性能，但是同時也使得織物手感變硬，對服用性產生影響。

表3 織物的起毛起球性和手感

3 結論

（1）經過CS-WPU 整理后，羊毛織物對大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌的抑菌率顯著提高，分別達到97%、95%。

（2）經過CS-WPU 整理后，棉織物的抗皺性能明顯改善，但是羊毛織物的抗皺性能略有降低。

（3）經過CS-WPU 整理后，織物的斷裂強力、白度和手感均有不同程度的下降。

（4）經過WPU 與CS-WPU 整理后，織物的抗起毛起球性均略有提升。