水性聚氨酯在纺织品上的应用

施梦娇　习智华　王　洋　刘紫洋　刘　帆



水性聚氨酯在纺织品上的应用

施梦娇习智华王洋刘紫洋刘帆

（西安工程大学纺织科学与工程学院轻化工程 陕西西安 710048）

水性聚氨酯（WPU）作为一种新型环保的无甲醛整理剂被应用在纺织品后整理上，其抗起毛起球整理剂和羊毛防毡缩整理剂都有着非常明显的效果。文章综述了WPU合成抗起毛起球整理剂和羊毛防缩剂的合成机理、应用条件和国内外研究进展状况。

水性聚氨酯；抗起毛起球；防毡缩

近几年来，随着人们环保意识的提高以及国家确立的环保法案，最初作为纺织品整理剂的溶剂型聚氨酯逐渐被水性聚氨酯所取代。国外，已经开发出了相应的产品。目前，水性聚氨酯不仅具有优良的耐光性，而且耐酸耐碱碱，在紫外线照射下不易发生黄变，价格便宜，同时也具备良好的耐腐蚀性、热稳定性，在很多方面有着应用潜力，如织物整理剂、涂层、粘合剂等。将它应用于织物的后整理，被整理织物的各方面性能有所提高，比如：耐磨性、抗起毛起球性、抗皱性等其他服用功能也有改善，被整理织物更能符合市场的需求。这对纺织业在多功能性纺织品方面的发展有一定的贡献，同时也对纺织助剂的创新和研究有很重要的社会价值和经济价值。

1 抗起毛起球整理剂

1.1 影响起毛起球的因素

（1）纤维的卷曲波会影响纤维是否起球，波形越多，纤维越易发生伸展，松动滑移，纤维表面会产生毛茸。纤维越细，暴露在纤维表面的头端就越多，越容易起球。从纤维长度来比,短纤维比长纤维更容起毛起球,因为短纤维头端数多，而且纤维间的吸引力和摩擦力也会影响织物的起毛起球性能。

（2）组织结构疏松的织物比组织结构紧实的织物易起毛起球，表面粗糙的织物比表面光滑的织物更容易起毛起球[1]。

（3）织物经染色及整理后，抗起毛起球性能将产生较大变化,这与染料、染色工艺以及所用助剂有关。

（4）在穿着过程中织物受到的摩擦次数越多，摩擦力越大，越容易起球。

1.2 抗起毛起球机理

水性聚氨酯是一种新型环保无甲醛的树脂整理剂,它能在纤维表面上形成交织网状薄膜,将薄膜均匀的覆盖在羊绒纤维的表面，将其鳞片层全部包裹，降低鳞片间的相互牵制，从而降低羊绒纤维之间的摩擦，防止纤维移动，达到抗起毛起球目的[2]。

1.3 抗起毛起球整理剂的合成

加入聚醚三元醇310 ，将含有双键的封端剂对聚氨酯分子链末端部分封端，得到含C=C不饱和双键的聚氨酯预聚体；合成时，采用DMBA作为亲水化试剂，溶解到聚合物多元醇中，一起抽真空，再通过调节各原料的配比，确定WPUA复合乳液的制备工艺。再考察R值大小，DMBA用量、不同多元醇的质量比、PU与PA的质量比、BA与MMA的质量比、中和度以及EDA的用量等对复合乳液合成及性能的影响。最后为了进一步提高WPUA复合乳液胶膜的耐水性，引入含有环氧基的甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA），在乳液成膜过程中，环氧基与聚氨酯分子链上的羧基反应，从而明显提高复合乳液胶膜的耐水性[3]。

1.4 应用工艺

合成的抗起毛起球剂采用浸轧法。

工艺流程：织物→浸轧（100 g/L，5 min）→二浸二轧（轧余率75 %）→脱水→预烘（100 ℃，3 min）→烘干（150 ℃，3 min）

1.5 研究现状

羊绒织物的起毛起球现象非常影响它的服用性能以及穿着外观，目前国内外也研究了许多抗起毛起球整理剂，但并没有十分有效的方法能完全解决这个问题。下面是国内外一些抗起毛起球剂的研究现状：

（1）蒋培燕等[4]以八甲基环四硅烷和氨基硅氧烷偶联剂为原料，采用本体聚合的方法，在碱性催化剂催化下开环聚合得到氨基硅油，再对生成的氨基硅油进行聚醚接枝以及异氰酸酯接枝改性，最后用亚硫酸氢钠对异氰酸酯基进行封端，得到改性氨基硅油。

（2）钟业桂等[5]采用蛋白酶整理织物的方法，使蛋白酶分子吸附在羊绒纤维的表层，发生酶的催化水解，去除纤维表皮的鳞片层，从而有效的提高抗起毛起球性能，同时也赋予羊绒织物丰满柔软的手感，对环境友好，不损伤皮肤，废液易生物降解，符合生态环保的要求。

（3）张平禄等[6]采用溶胶-凝胶法。该方法是在纤维表面涂一层薄膜，将纤维表面的鳞片层覆盖，达到抗起毛起球的效果。该方法有4个优点：①需要的设备简单；②低温进行后处理，容易将热稳定性不好的薄膜沉淀在基底上或在热稳定性不好的基底上制作膜；③对衬底的大小和形状要求不严格；④容易制得均匀的多组分氧化物薄膜，能有效的控制薄膜的微观结构和成分。

（4）刘海艳等[7]以聚己二酸乙二醇-1,4-丁二醇酯二醇(PBA)为软段、二羟甲基丙酸（DMPA）为亲水性扩链剂，与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)合成水性聚氨酯（WPU）预聚体，通过氨基聚醚嵌段三元共聚硅油扩链接枝，制备了系列PBS改性WPU乳液和薄膜。

（5）孟娜等[8]用聚碳酸亚丙酯二元醇与异佛尔酮二异氰酸酯为原料，二羟甲基丙酸、1,4—丁二醇为亲水单体合成WPU预聚体，并加入氨基硅油进行接枝共聚，生成了一种聚氨酯氨基硅油共聚体乳液。

2 防毡缩整理剂

有很多种树脂可以合成羊毛防毡缩后整理剂，比如聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚硅氧烷等。WPU防毡缩剂整理织物后的效果更好，环保、无污染，防缩剂分子链中含有活性基团，经整理后，在羊毛纤维表层形成具有交织网络结构的薄膜，并和羊毛纤维之间产生化学键连接，从而拥有优良的防缩效果，且防缩耐久性长[9~10 ]。

2.1 影响羊毛毡缩的因素

（1）羊毛纤维含有鳞片层，因为它的存在，使逆鳞片方向的摩擦系数大于顺鳞片方向的摩擦系数，称为定向摩擦效应[10 ]。羊毛纤维具有一定的伸长能力、回弹性、天然卷曲导致纤维发生毡缩。

（2）在湿热或着化学试剂的环境下，若同时给予反复摩擦和挤压，定向摩擦效应会使纤维产生拉伸性运动，纤维会按一定方向缓缓蠕动穿插，导致啮合成毡，织物收缩紧密。

2.2 防毡缩机理

羊毛拥有独特的组织结构，鳞片层是导致羊毛发生毡缩最主要的因素，其中定向摩擦是制动因素，高度的拉伸回复性是动力因素。水性聚氨酯整理是将聚合物覆盖在羊毛纤维表面的鳞片层上,达到减少顺逆摩擦差的目的，使纤维和纤维之间的摩擦力减小，纤维也不容易再发生相互移动的现象，达到防毡缩的目的[10~11 ]。

2.3 防毡缩整理剂的合成步骤

在装有温度计和搅拌器的四口烧瓶里，在氮气保护反应体系下，把一定量的聚乙二醇在105 ℃下真空脱水1~2 h，降温到50 ℃。再缓慢的加入适量异佛尔酮二异氰酸酯和2滴催化剂二月桂酸二丁基锡，分别升温至60 ℃，80 ℃，100 ℃,并分别在此温度下进行反应，得到预聚体。测定产物中的异氰酸酯含量,从而计算出下一步各种助剂的用量。降温至20 ℃，在预聚体中加入一定量的乙醇,然后缓慢加入NaHSO3水溶液进行封端乳化反应，一段时间后得到PU溶液，滴加盐酸将溶液调至弱酸性，得到一定含固量的WPU整理剂[12 ]。

2.4 应用工艺

采用浸轧法，浸轧整理剂前必须要预清洗。

工艺流程：织物浸轧→二浸二轧（轧余率80 %）→烘干→汽蒸(100 ℃，5min)→拉幅定型。

2.5 研究现状

（1）江魁等[14]采用过硫酸氢钾(PMS)-聚乙烯亚胺(PEI)两步法对羊毛毛条进行连续化抗毡缩整理，发现聚乙烯亚胺对过硫酸氢钾处理羊毛毛条的抗毡缩性有增进作用，抗毡缩性和润湿性与氯化抗毡缩处理相当，白度有所提高。

（2）孙第等[15 ]利用三羧乙基膦(TCEP)还原羊毛鳞片层二硫键，并根据巯基-烯点击化学原理，采用二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)在紫外光条件下对羊毛织物进行防毡缩整理。整理后的羊毛纤维表面鳞片层软化脱落，且被包覆钝化，在标准循环下水洗３次后，羊毛织物的毡缩率<7 %。

（3）余雪满等[16]用双氧水前处理与蛋白酶结合的方法对羊毛织物进行表面改性,对羊毛织物防毡缩效果有显著影响，毡缩率下降到5.34 %,达到了国际羊毛局标准，但强力有待改善。

（4）胡震等[17]以异佛尔酮二异氰酸酯和聚醚多元醇为基本原料，通过用亚硫酸氢钠封端的方法，合成了2种WPU型羊毛防毡缩整理剂，并用于羊毛织物的后整理，获得优良的防毡缩效果和手感。

3 小结与展望

由于水性聚氨酯拥有环保、价格低廉、无甲醛等优良的性能，用在纺织品的后整理中再合适不过。目前，WPU大多数被用作防水透气剂，在抗静电剂和固色剂等方面用途较少，今后应不断完善WPU作为防水透气剂、防毡缩整理剂、抗起球起毛整理剂的性能，进一步突破WPU作为抗皱整理剂、防静电剂以及其他新用途的研究，为纺织行业提供更好的后整理方案。

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10.3969/j.issn.2095-1205.2019.04.48

施梦娇(1997- )，女，汉族，陕西省渭南市人，本科在读，研究方向：轻化染整技术的研发。

TS101

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2095-1205(2019)04-82-03