涤棉针织物抗起毛起球整理剂的合成及应用

徐 炜，肖一鸣，周向东

（1.苏州大学纺织与服装学院，江苏苏州 215021；2.现代丝绸国家工程实验室，江苏苏州 215123）

涤纶纤维表面光滑，与棉纤维间的抱合力较差，涤棉混纺织物在加工和使用过程中，在受到机械外力、摩擦力的作用时，棉纤维容易从纤维束中脱落或被拉断，使得纤维端部暴露出来，在织物表面产生绒毛，而涤纶纤维的强力和抗弯性能好，使得绒毛不能及时从织物表面脱落，并揉合在一起形成毛球［1］。这些毛球易吸附灰尘、污物造成织物光泽黯淡，从而严重影响外观质量和服用性能。

水性聚氨酯树脂整理是提高涤棉针织物抗起毛起球较为有效的方法之一［2］。将水性聚氨酯树脂整理到织物上能在纤维表面交联成网状膜，使纤维表面包裹上一层树脂膜，这层树脂膜能够使纤维末端黏附于纱线上，并且树脂膜具有较好的耐磨性［3］，整理后织物与物体摩擦时，使得纤维不易断裂形成毛茸，并能减少纤维之间的相对滑移，从而有效地提高织物的抗起毛起球性能［4-5］。但处理后的织物一般会有强力下降、手感较硬和色光变化等突出问题［4］。氨基硅油能赋予织物良好的柔软性［6］，用有机硅对聚氨酯进行改性，获得的整理剂兼具有机硅和聚氨酯的优良性能［7］，可以弥补聚氨酯的诸多不足。

本实验采用有机硅对聚氨酯材料进行改性，考察产物对整理后的涤棉针织物手感及抗起毛起球性能的影响。

1 实验

1.1 材料和仪器

织物：涤棉混纺针织物（400 g/m2，80/20，市售）。

试剂：异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、二月桂酸二丁基锡（DBTDL）、二羟甲基丙酸（DMPA）、丙酮、三乙胺（TEA）（均为化学纯，国药集团化学试剂有限公司），聚丙二醇（PPG-1 000）（江苏海安石油化工厂），端氨基硅油（自制，相对平均分子质量4 000）。

仪器：Avance 400 MHz 型核磁共振波谱仪（美国Varian 公司），Nicolet 5700 智能型傅里叶变换红外光谱仪（美国Thermo Nicolet公司），FB-AUTO-A KES自动表面测试仪（日本KES公司），Mathis LTE-S焙烘小样机（广东佛山市群展贸易有限公司），YG401G 型织物平磨仪，YG（B）022D自动织物硬挺度试验仪（温州大荣纺织仪器厂）。

1.2 合成方法

在装有温度计、搅拌器、回流冷凝管的反应釜中加入计量的PPG-1 000，升温至100 ℃，开启真空泵，在-0.07～-0.08 MPa 下真空除水2 h，降温至80 ℃，加入计量的IPDI、适量丙酮，通入氮气保护，保温反应2 h 后加入计量的扩链剂DMPA，扩链反应1.5 h，得到聚氨酯预聚体。反应方程式如下：

将聚氨酯预聚体体系降温至30 ℃，并在降温过程中加入丙酮调节黏度，在搅拌条件下滴加端氨基硅油进行改性（加料完毕后继续保温反应2 h），得到有机硅改性聚氨酯；加入计量的TEA，快速搅拌中和30 min，最后加入计量的去离子水高速搅拌乳化分散50 min，制得有机硅改性聚氨酯乳液。反应方程式如下：

1.3 织物整理工艺

二浸二轧（整理剂60 g/L，pH=6，轧液率80%）→预烘（100 ℃，2 min）→焙烘（160 ℃，2 min）。

1.4 测试

红外光谱（FTIR）：KBr 压片制样，用智能型傅里叶变换红外光谱仪测定。

核磁共振氢谱（1HNMR）：将样品放入烘箱中，105 ℃恒温5 h 后用核磁共振波谱仪测试。氘代氯仿（CDCl3）作溶剂，四甲基氯硅氧烷（TMS）作内标。

扫描电镜（SEM）：用TM 3030扫描电镜进行分析。

弯曲刚度：参照ZB W 04003—87《织物硬挺度试验方法斜面悬臂法》，在自动织物硬挺度试验仪上进行测试。

表面摩擦性能：参照FZ/T 01054—2012《织物表面摩擦性能的试验方法》，在自动表面测试仪上进行测试。

抗起毛起球性：参照GB/T 4802《纺织品织物表面起毛起球性能测定》，在织物平磨仪上进行测试。

离心稳定性：将乳液放入离心管，5 000 r/min 离心15 min，观察是否分层和漂油。

2 结果与分析

2.1 表征

2.1.1 红外光谱

图1a中，3 320 cm-1为NHCOO 与NHCON 的N—H伸缩振动峰，2 265 cm-1为—NCO的特征吸收峰，1 715、1 653 cm-1为NHCOO 的CO 伸缩振动峰，1 105、955 cm-1为C—O—C的伸缩振动峰，表明合成了带有异氰酸酯基的聚氨酯预聚体。

与图1a相比，图1b中，1 265 cm-1处出现了—SiCH3的甲基变形振动峰，1 099 cm-1处出现了Si—O—Si 与C—O—C 的伸缩振动合频峰，1 020 cm-1处出现了Si—O—Si 的特征吸收峰，805 cm-1处出现了Si—C的弯曲振动峰，2 265 cm-1处的—NCO特征吸收峰完全消失，3 330 cm-1处的吸收峰变宽，表明聚氨酯预聚体完全反应，合成了有机硅改性聚氨酯。

图1 聚氨酯预聚体及产物的红外光谱

2.1.2 核磁共振氢谱

如图2所示，—Si—CH3的化学位移在δ=0～0.20，在δ=0.8～1.0、1.6～1.9、2.7、3.2～3.5 及3.6～3.8 处为IPDI上氢原子的化学位移，聚醚结构中的—O—CH2—在δ=3.6～3.8处发生重叠，表明合成了目标产物。

图2 有机硅改性聚氨酯的1HNMR波谱

2.1.3 扫描电镜

由图3可以看出，整理前的织物纤维表面比较粗糙，呈多边形；经抗起毛起球整理剂整理后的织物纤维表面更为光滑，聚合物在纤维表面形成了完整的薄膜，覆盖了原有的褶皱，织物纤维绒毛紧密黏附在纤维表面，从而使织物不易起毛起球。

图3 整理前后涤棉针织物纤维的SEM图

2.2 影响目标产物主要性能的因素

2.2.1 IPDI与PPG物质的量比

IPDI 与PPG 物质的量比对产物主要性能的影响见表1。

表1 IPDI与PPG物质的量比对产物主要性能的影响

从表1中可以看出，随着IPDI与PPG物质的量比增大，整理后织物的抗起毛起球性能提高，MIU 值减小，G值增加。这是由于IPDI与PPG物质的量比越大，预聚体相对分子质量越小，反应体系中—NCO 基团越多，分子中可以引入更多的聚硅氧烷柔性链段，使得MIU 值减小；另外生成脲基的量增加，膜的机械强度增加，在纤维表面形成的膜完整性增强，膜与纤维间的黏附性能增强，从而提高了整理后织物的抗起毛起球性能。但是随着IPDI与PPG物质的量比增加，分子中的硬链段量增加，使得织物表面膜的刚度增加，整理后织物的G值增加，手感和柔软性变差。综上分析，为使织物获得良好的抗起毛起球性能和降低整理后对织物手感的影响，IPDI 与PPG 物质的量比应选2.2∶1。

2.2.2 DMPA用量

由表2可知，随着DMPA 用量的增加，整理后织物的抗起毛起球性能增强，MIU、G 值增大，柔软性下降。这是由于随着DMPA 用量的增加，分子的链长增加，相对分子质量变大，成膜完整性、黏附力增强，故整理后织物的抗起毛起球性能增强，但是分子中氨基甲酸酯量增加，刚性链段比例提高，织物的弯曲刚度和表面摩擦系数增加，柔软性降低。为使织物获得良好的抗起毛起球性能和降低对织物手感的影响，DMPA用量应选9%。

表2 DMPA用量对产物主要性能的影响

2.2.3 端氨基硅油用量

由表3可知，随着端氨基硅油用量的增加，MIU和G 值减小，但是抗起毛起球性能有所下降。这是由于随着端氨基硅油用量的增加，有机硅改性聚氨酯分子中的有机硅链段增加，使得整理剂在纤维表面的成膜、包覆能力及包覆的完整性都有所下降，但是织物表面的动摩擦系数减小，可以减少纤维间摩擦，抗起毛起球性能可以得到一定的改善。整理剂在纤维表面成膜时氨基硅油链段在薄膜表面富集，能赋予织物一定的柔软性，故整理后织物的G 值减小。为使织物获得良好的抗起毛起球性能和降低对织物手感的影响，端氨基硅油用量应选30%。

表3 端氨基硅油用量对产物主要性能的影响

2.3 应用性能

由表4可知，抗起毛起球整理剂整理后涤棉针织物经纬向的MIU、G 值略微降低，抗起毛起球性能提升，经过15次水洗后各项数值变化不大，表明整理剂对整理后织物的手感和柔软性能没有明显影响，且具有较好的耐洗性能。这是由于有机硅链段能降低织物表面的摩擦系数，从而降低对整理后织物手感的影响。同时有机硅改性聚氨酯经高温焙烘，在纤维表面成膜且具有较强的附着力，所以整理后织物的抗起毛起球性能提高，具有较好的耐洗性能。

表4 整理前后涤棉针织物主要性能比较

3 结论

（1）以异佛尔酮二异氰酸酯、聚丙二醇、二羟甲基丙酸、端氨基硅油为原料合成抗起毛起球整理剂，经优化的合成工艺为：IPDI与PPG物质的量比2.2∶1，DMPA 用量9%（对IPDI 与PPG 总质量），端氨基硅油用量30%（对聚氨酯预聚体质量）。

（2）在整理剂用量60 g/L、整理液pH=6、焙烘温度160 ℃、焙烘时间2 min的工艺条件下，经过抗起毛起球整理剂整理后的涤棉针织物表面经向和纬向动摩擦系数分别由0.238、0.351 降低至0.201、0.311，经向和纬向弯曲刚度分别由1.030、0.229 mN·cm 降低至0.920、0.190 mN·cm，说明整理后的涤棉针织物柔软性和手感变化较小；而涤棉针织物的抗起毛起球性能提升了2～3级，抗起毛起球效果显著。