聚氨酯有機(jī)硅共聚物在棉織物上的應(yīng)用研究

袁潔 賀江平 胡曉俠 馮娜

摘 要：采用自制有機(jī)硅聚氨酯整理劑對(duì)棉織物進(jìn)行處理，通過(guò)探究軋余率、整理劑用量、預(yù)烘溫度、焙烘溫度和焙烘時(shí)間對(duì)自制有機(jī)硅聚氨酯整理劑在棉織物上應(yīng)用效果的影響，測(cè)試織物手感、白度、強(qiáng)力、抗皺性、親水性等指標(biāo)。結(jié)果表明：與市售氨基硅油柔軟劑SOFT8468的應(yīng)用對(duì)比，織物手感高半級(jí)，抗皺性，耐洗性更優(yōu)。

關(guān)鍵詞：棉織物；有機(jī)硅聚氨酯整理劑；手感；抗皺性

中圖分類(lèi)號(hào)：TS195.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2018）02-0066-05

Polyurethane Silicone Copolymer Applied Research on Cotton Fabric

YUAN Jie， HE Jiang ping， HU Xiao xia， FENG Na

（School of textile and materials， Xian Polytechnic University， Xian 710048， China）

Abstract：Self-made organic silicon polyurethane finishing agent was used to treat cotton fabrics. The influence of pickup， dosage of finishing agent， pre-heating temperature， baking temperature， and baking time on the application effect of self-made organic silicon polyurethane finishing agent in cotton fabrics was studied to test the hand feeling， whiteness， strength， wrinkle resistance， and hydrophilicity of textiles. The results show that the self-made organic silicon polyurethane finishing agent is superior to amino silicon oil softening agent SOFT8468 on the market in respect of hand feeling （half grade higher）， wrinkle resistance， and washability.

Key words：cotton； polyurethane modified silicone copolymer； process

天然纖維、合成纖維在染整加工過(guò)程中因機(jī)械摩擦作用導(dǎo)致織物起毛、手感變差[1]，因此可提升織物手感、滑爽性的柔軟劑應(yīng)運(yùn)而生，其中效果優(yōu)異的為有機(jī)硅類(lèi)柔軟劑：無(wú)毒無(wú)害，綠色環(huán)保、成本較低并且柔軟效果優(yōu)異、耐久性好，因此有機(jī)硅類(lèi)柔軟劑為織物后整理助劑中的主流產(chǎn)品[2]。水性聚氨酯鏈上含有親水基團(tuán)，因此形成的涂膜耐水性差，常需要改性。目前改性方法有交聯(lián)、共混、共聚、納米技術(shù)等，而采用有機(jī)硅改性聚氨酯是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一[3-5]。本實(shí)驗(yàn)采取共聚的方法合成聚氨酯有機(jī)硅共聚物。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料和儀器

織物：精紡純棉平紋蝕磨布，176 g/m2，152×132根/10 cm（安徽華茂紡織股份有限公司）。

試劑：聚氨酯有機(jī)硅共聚物（自制），氨基硅油柔軟劑SOFT8468（市售，清遠(yuǎn)精細(xì)化工有限公司），八甲基環(huán)四硅氧烷（D4，工業(yè)品，濟(jì)南谷瑞特化工有限公司），四甲基氫氧化銨（分析純，上海中鋰實(shí)業(yè)有限公司），二正丁胺（化學(xué)純，研域化學(xué)試劑有限公司），環(huán)氧封頭劑（工業(yè)品，上海伊純實(shí)業(yè)有限公司），二丁基二月桂酸錫（分析純，研域化學(xué)試劑有限公司），聚乙二醇（PEG，分子量2 000，化學(xué)純，研域化學(xué)試劑有限公司），IPDI（分析純，利賓化工有限公司），1，4-丁二醇（分析純，西安科洛化學(xué)試劑有限公司）。

實(shí)驗(yàn)儀器：TM200均勻軋車(chē)（佛山市精柯紡織印染有限公司），R-3自動(dòng)定型烘干機(jī)（臺(tái)灣瑞比染色試機(jī)有限公司），YG811型織物懸垂性測(cè)定儀（溫州紡織儀器廠），JSM6390型掃描電子顯微鏡（上海精密實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司），YG（B）6D-500電子織物強(qiáng)力儀（萊州市電子儀器有限公司），YG541L數(shù)字織物折皺彈性?xún)x（南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司），WSD-Ⅲ型白度儀（北京康光有限公司）。

1.2 合成工藝

1.2.1 端羥基硅油的合成

在三口燒瓶中加入一定量配比的二正丁胺和環(huán)氧封頭劑，在85 ℃下反應(yīng)4 h后，再向燒瓶中加入一定量的八甲基環(huán)四硅氧烷（D4）和四甲基氫氧化銨（D4質(zhì)量的0.05%）后，升溫至120 ℃反應(yīng)2 h得到端羥基硅油。

1.2.2 制備聚氨酯預(yù)聚體及擴(kuò)鏈

首先將聚乙二醇加入三口燒瓶后，在110～120 ℃抽真空2 h，降溫后加入IPDI和催化劑，隨后升溫至70 ℃，反應(yīng)2 h，加入一定量的擴(kuò)鏈劑（1，4-丁二醇）在70 ℃下反應(yīng)1 h，得到聚氨酯預(yù)聚體。

1.2.3 制備聚氨酯有機(jī)硅多元共聚物

將自制聚氨酯預(yù)聚體和自制端羥基硅油按照摩爾比1∶1的條件加入燒瓶，升溫至75 ℃反應(yīng)4 h，得到聚氨酯有機(jī)硅共聚物。

1.3 棉織物性能測(cè)試

柔軟整理后的棉織物，在溫度為（20±2） ℃、相對(duì)濕度為（65±2）%條件下平衡24 h，進(jìn)行性能測(cè)試。

白度：采用WSD-Ⅲ型白度儀測(cè)試。

手感：以5～10人組成一個(gè)小組，對(duì)整理織物進(jìn)行觸摸并評(píng)級(jí)。將手感分為5級(jí)，以未整理的空白 織物定為1級(jí)，經(jīng)有機(jī)硅油整理后的織物（同等濃度條件下）手感定為5級(jí)[6]。

斷裂強(qiáng)力：按GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能第1部分：斷裂強(qiáng)力的測(cè)定 條樣法》，采用YG（B）6D-500型電子織物強(qiáng)力儀測(cè)定。

折皺回復(fù)角：按GB/T3819—1997《紡織品 織物折痕恢復(fù)性的測(cè)定 回復(fù)角法》，采用YG541L型數(shù)字織物折皺彈性?xún)x測(cè)定。

潤(rùn)濕性能：參照文獻(xiàn)[7]所述的滴水試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。

硬挺度：采用LLY-01型電子硬挺度儀測(cè)定。

耐洗性：按GB/T 8629—2001《紡織品 試驗(yàn)用家庭洗滌和干燥程序》進(jìn)行洗滌，測(cè)定手感，評(píng)定柔軟效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 軋余率對(duì)棉織物性能的影響

棉織物在（浴比10∶1）室溫下浸漬于整理液中，整理劑質(zhì)量濃度80 g/L，浸漬5 min（二浸二軋），80 ℃預(yù)烘3 min，120 ℃焙烘2 min，優(yōu)選最佳軋余率，結(jié)果見(jiàn)表1和圖1。

由表1可知，隨軋余率增加，潤(rùn)濕性稍微降低、白度略微提升，手感、硬挺度、懸垂性數(shù)據(jù)顯示出柔軟性大幅提升。由于整理液泛藍(lán)光，起到上藍(lán)作用，白度提升。軋余率增大，棉織物攜帶的柔軟劑增加，親油鏈段-有機(jī)硅鏈段增多，同時(shí)親水鏈段-聚醚鏈段也相對(duì)增多，所以潤(rùn)濕性稍微降低；降低纖維間的摩擦系數(shù)，柔軟性能提升。軋余率大于80%，整理劑與纖維結(jié)合點(diǎn)已飽和，因此軋余率選80%。

由圖1可知，軋余率增大，折皺回復(fù)和斷裂強(qiáng)力增加，軋余率大于80%時(shí)，折皺回復(fù)角和斷裂強(qiáng)力略降低。整理劑中的柔軟鏈段功能凸顯，纖維剛性下降，織物折皺回復(fù)性能降低。纖維中弱點(diǎn)數(shù)減少，且織物表面的柔軟鏈段增多，纖維間摩擦系數(shù)降低，斷裂強(qiáng)力提升。故軋余率選擇80%。

2.2 整理劑用量對(duì)棉織物性能的影響

將自制聚氨酯有機(jī)硅共聚物整理到棉織物上，采用二浸二軋（軋液率80%），80 ℃預(yù)烘3 min，120 ℃焙烘2 min，按照1.3測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖2和表2。

由圖2可知，整理劑用量增加，折皺回復(fù)角和斷裂強(qiáng)力增加，抗皺性提升。用量增大，共聚物在織物表面成膜完整，提升了織物表面的平滑性，纖維中弱點(diǎn)數(shù)減少，應(yīng)力集中現(xiàn)象減少，斷裂強(qiáng)力增加；質(zhì)量濃度大于80 g/L時(shí)，斷裂強(qiáng)力降低，主要因?yàn)楣簿畚镌诶w維中形成較多的物理交聯(lián)，產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象所致。整理劑質(zhì)量濃度選80 g/L。

由表2可知，用量增加，手感提升，懸垂系數(shù)降低，硬挺度降低，且均高于未整理的織物，表明織物柔軟性能提升，用量增加到一定程度后，織物的手感、懸垂系數(shù)、白度不再隨用量發(fā)生變化。選定整理劑質(zhì)量濃度為80 g/L。

2.3 預(yù)烘溫度對(duì)織物性能的影響

將自制有機(jī)硅聚氨酯多元共聚物整理到棉織物上，采用二浸二軋（軋液率80%），預(yù)烘3 min，120 ℃焙烘2 min，按照1.3測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表3。

從表4可知，預(yù)烘溫度增加，白度無(wú)明顯變化，其他性能略有提升。預(yù)烘溫度大于80 ℃時(shí)，各項(xiàng)性能又略微降低。預(yù)烘溫度對(duì)應(yīng)用性能影響不大。預(yù)烘溫度選為80 ℃。

2.4 焙烘溫度對(duì)織物性能的影響

將自制聚氨酯有機(jī)硅共聚物整理到棉織物上，采用二浸二軋（整理劑質(zhì)量濃度80 g/L，軋液率80%），80 ℃預(yù)烘3 min。按照1.3測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表4和圖3。

由表4可知，焙烘溫度升高，手感先提升后下降，硬挺度先減小后略增大，懸垂系數(shù)略增，懸垂性略下降，柔軟性提升；白度和潤(rùn)濕性無(wú)顯著變化?！狢H3呈傘狀結(jié)構(gòu)支撐在棉織物的表面，棉織物手感提升，懸垂系數(shù)及硬挺度降低；溫度超過(guò)120 ℃時(shí)，整理劑與織物反應(yīng)過(guò)于劇烈，導(dǎo)致成膜性變差，且溫度過(guò)高，易造成織物損傷，手感發(fā)硬，柔軟性降低，整理劑中的氨基、亞氨基基團(tuán)易發(fā)生黃變，甲基基團(tuán)可以降低織物對(duì)光的反射，致使白度變化不大。

由圖3可知，焙烘溫度升高，折皺回復(fù)角增大，抗皺性提升，焙烘溫度大于120 ℃時(shí)，折皺回復(fù)角略微降低，斷裂強(qiáng)力降低。焙烘溫度升高，整理劑在織物表面成膜性增強(qiáng)，成膜逐漸完整，織物表面平滑性提升，纖維之間抱合性降低，在硬鏈段作用下，織物彈性提升，抵抗外力形變的能力提升；焙烘溫度大于120 ℃后，成膜過(guò)快，成膜不完整，織物受損，強(qiáng)力呈大幅下降。故選擇焙烘溫度120 ℃。

2.5 焙烘時(shí)間對(duì)織物性能的影響

將織物在整理液中靜置5 min，采用二浸二軋（整理劑質(zhì)量濃度80 g/L，軋液率80%），80 ℃預(yù)烘3 min，120 ℃下焙烘。按照1.3測(cè)試，結(jié)果如表5和圖4所示。

由表5可知，焙烘時(shí)間增加，潤(rùn)濕時(shí)間降低，潤(rùn)濕性提升；手感提升、懸垂系數(shù)降低、硬挺度降低，表明織物柔軟性增加。焙烘時(shí)間大于2 min時(shí)，潤(rùn)濕時(shí)間縮短，潤(rùn)濕性提升，手感變差，懸垂系數(shù)與硬挺度提升，表明柔軟性下降；白度隨焙烘時(shí)間略有下降。故焙烘時(shí)間選2 min。

由圖4可看出，焙烘時(shí)間延長(zhǎng)，折皺回復(fù)角逐漸增加，斷裂強(qiáng)力先增加后減小。焙烘時(shí)間延長(zhǎng)，織物成膜越完整，交聯(lián)越充分，但時(shí)間過(guò)長(zhǎng)易使織物受損而影響織物性能。故焙烘時(shí)間選定為2 min。

從上述分析可得自制聚氨酯有機(jī)硅柔軟劑應(yīng)用工藝為，將織物在整理液中靜置5 min，采用二浸二軋（整理劑質(zhì)量濃度80 g/L，軋液率80 %），80 ℃預(yù)烘3 min，120 ℃焙烘2 min。

2.6 棉織物電鏡測(cè)試

按照1.3測(cè)試聚氨酯有機(jī)硅整理劑、市售氨基硅油柔軟劑在棉織物表面的覆蓋情況，結(jié)果如圖5、圖6、圖7所示。

由圖5、圖6、圖7對(duì)比可看出，空白樣品纖維表面紋路清晰可見(jiàn)，凹凸不平；經(jīng)市售氨基硅油柔軟劑整理的織物表面紋路略微被有機(jī)硅薄膜覆蓋，表面基本平緩；而經(jīng)過(guò)聚氨酯有機(jī)硅共聚物整理劑處理的棉織物纖維表面明顯呈現(xiàn)一層膜結(jié)構(gòu)。說(shuō)明聚氨酯有機(jī)硅共聚物在纖維表面成膜并包覆于纖維表面，使織物具有柔軟性能和優(yōu)良的成膜性。

2.7 自制聚氨酯有機(jī)硅整理劑與市售氨基硅油柔軟劑應(yīng)用性能對(duì)比

按照1.3中的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定，結(jié)果分別見(jiàn)表6、表7。

由表6可知，自制聚氨酯有機(jī)硅整理劑在外觀上與市售三元嵌段有機(jī)硅柔軟劑有很大的區(qū)別，且粘度相對(duì)較低，具有自乳化性能，乳化后不會(huì)出現(xiàn)絮狀漂油現(xiàn)象，使用方便。

由表7可知，自制聚氨酯有機(jī)硅整理劑相對(duì)于市售柔軟劑的應(yīng)用效果而言：織物手感高半級(jí)，硬挺度較低；折皺回復(fù)角相差不大，說(shuō)明兩者回彈性相當(dāng)；潤(rùn)濕時(shí)間相對(duì)較短；強(qiáng)力有所提升、白度相對(duì)較高；具有自乳化性能，不用加乳化劑乳化，降低廢液COD及BOD值，環(huán)保性能高。

2.8 有機(jī)硅聚氨酯整理劑耐洗性測(cè)試

按照1.3方法測(cè)試，結(jié)果如表8所示。

由表8可知，隨著水洗次數(shù)增加，整理劑在棉織物表面所成的薄膜逐漸脫落，手感變差。水洗小于5次對(duì)手感影響不大，水洗次數(shù)大于5次時(shí)，棉織物表面的整理劑薄膜逐漸脫落，手感急劇降低但仍處于3級(jí)以上。說(shuō)明聚氨酯有機(jī)硅整理劑處理后的棉織物具有一定的耐洗性。

3 結(jié) 論

通過(guò)探究軋余率、整理劑用量、預(yù)烘溫度、焙烘溫度和焙烘時(shí)間對(duì)自制聚氨酯有機(jī)硅整理劑在棉織物上應(yīng)用效果的影響，得出最佳應(yīng)用工藝：將棉織物在整理液中靜置5 min，采用二浸二軋（整理劑質(zhì)量濃度80 g/L，軋液率80%，浴比10∶1），80 ℃預(yù)烘3 min，120 ℃焙烘2 min。整理后，棉織物手感達(dá)5級(jí)，抗皺性提升，其他各項(xiàng)性能優(yōu)良。與市售氨基硅油柔軟劑SOFT8468的應(yīng)用效果相比，織物手感高半級(jí)，耐洗性好。

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