嵌段聚醚氨基硅油改性聚氨酯的合成及應(yīng)用

蘇小樺,邢建偉,徐成書

(西安工程大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安 710048)

0 引 言

山羊絨制品是高檔紡織服裝面料,相較于其他紡織品而言,具有柔、輕、軟、滑等獨特風(fēng)格[1-2],但在日常服用及水洗過程中,織物不斷經(jīng)受摩擦,易產(chǎn)生起毛起球和氈縮現(xiàn)象[3-4],嚴(yán)重影響織物的品質(zhì).因此需要對羊絨織物進(jìn)行易護(hù)理整理.

目前市場上多采用水性聚氨酯[5-8]類整理劑整理羊絨針織物,雖然在一定程度上改善了羊絨織物的起毛起球和氈縮現(xiàn)象,但同時會使織物柔軟性下降,手感惡化[9],影響羊絨織物的商業(yè)價值.針對這一問題,學(xué)者們嘗試將聚氨酯整理劑與有機(jī)硅交聯(lián),利用有機(jī)硅鏈段的柔軟特性,保持羊絨織物的手感[10-11].安恩來等[12]采用聚碳酸亞丙酯二元醇(PPC)和IPDI等為基本原料,接入三元嵌段硅油,制備了3種不同有機(jī)硅共聚水性聚氨抗起毛起球整理劑,并用于羊絨織物整理,獲得了良好的起毛起球效果且手感較傳統(tǒng)整理劑有所改善;徐煒等[13]以甲苯-2,4-二異氰酸酯(TDI)、聚酯二元醇(PDHA)、端氨基聚硅氧烷為原料合成有機(jī)硅改性聚氨酯抗起毛起球整理劑,用于織物的抗起毛起球整理,使整理后的織物具有較好的抗起毛起球效果,同時改善了織物的柔軟性能.

文中采用PTMG、DMPA等原料合成WPU預(yù)聚體,在WPU預(yù)聚體上接入嵌段聚醚氨基硅油,乳化分散,制備氨基硅油改性陰離子WPU乳液及膜,并對羊絨針織物進(jìn)行整理,以期在不影響羊絨織物手感的前提下改善其抗起毛起球性和抗氈縮性.

1 實 驗

1.1 材料、試劑及儀器

(1) 材料 純羊絨針織物(30 tex×2,寧夏中銀絨業(yè)股份有限公司).

(2) 試劑 聚四氫呋喃醚二醇(PTMG)(工業(yè)級,杭州三隆新材料有限公司);異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)(工業(yè)級,廣州茵諾威化工有限公司);二羥甲基丙酸(DMPA)(工業(yè)級,臨海市億達(dá)貿(mào)易有限公司);二月桂酸二丁基錫(BDTDL)(分析純,廣東時盛化工有限公司);嵌段聚醚氨基硅油(市購);1,4-丁二醇(BDO)、三乙醇胺(TEA)(分析純,成都市科龍化工試劑廠).

(3) 儀器 CMT-8S真空泵(上海精密科學(xué)儀器有限公司),DHG-9076A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實驗設(shè)備有限公司),TDL-40B離心分離機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠),傅立葉變換紅外光譜儀(美國Nicolet-Thermo),馬爾文激光粒度儀(Mastersizer-s v2.15),JC2000D接觸角測量儀(上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司),JSM6335F掃描電鏡(日本JEOL公司),YG511N+箱式起球儀(南通宏大實驗儀器有限公司),X-Rite Colori7愛色麗分光測色儀(上海嘉恩科技有限公司),JA3003電子分析天平(上海越平科學(xué)儀器有限公司),JJ-1增力電動攪拌器(江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠).

1.2 水性聚氨酯的制備

1.2.1 聚氨酯乳液的制備 向500 mL四口燒瓶中加入一定計量的PTMG,升溫至110 ℃～120 ℃抽濾60 min,脫除水和小分子物,降至室溫加入催化劑BDTDL,攪拌均勻后加入IPDI并升溫至80 ℃反應(yīng)90 min.加入擴(kuò)鏈劑DMPA,升溫至90 ℃反應(yīng)90 min;降溫至50 ℃左右加入BDO(用異丙醇溶解),再升溫至80 ℃攪拌反應(yīng)60 min;采用冰浴將預(yù)聚體體系降溫至0～5 ℃,并在降溫過程中加入丙酮調(diào)節(jié)體系粘度,在高速攪拌下滴加嵌段聚醚氨基硅油對WPU預(yù)聚體進(jìn)行改性,加料完畢后繼續(xù)保溫反應(yīng)120 min,隨后加入計量的三乙胺中和30 min,最后加入計量的去離子水高速攪拌乳化分散50 min,制得嵌段聚醚氨基硅油改性WPU乳液.

根據(jù)硅油在預(yù)聚體中含量的不同制備了4種改性水性聚氨酯樣品,硅油體積分?jǐn)?shù)0%,4%,8%和12%分別記為WPU-0，WPU-4，WPU-8，WPU-12.

1.2.2 改性水性聚氨酯膜的制備 將制備好的改性水性聚氨酯乳液均勻涂于聚四氟乙烯板上,室溫下48 h自然成膜.

1.3 測試與表征

1.3.1 穩(wěn)定性 10 mL WPU乳液置于15 mL離心試管中,以轉(zhuǎn)速為4 000 r/min離心10 min后觀察乳液情況.

1.3.2 粒徑 采用英國馬爾文公司納米激光粒度儀Mastersizer-s v2.15測定乳液粒徑及分布,測試溫度為25 ℃.

1.3.3 紅外光譜 美國Nicolet公司傅立葉變換紅外光譜儀測試水性聚氨酯膠膜,使用KBr壓片,分析樣品結(jié)構(gòu).

1.3.4 吸水率 將膜剪成一定大小,測定質(zhì)量M1,然后室溫下于蒸餾水中浸泡24 h后取出,并用濾紙快速吸干膜表面的水,測定浸泡后膜質(zhì)量M2,計算膜的吸水率

1.3.5 水接觸角 使用接觸角測試儀對膜進(jìn)行水接觸角測試,每個樣品選取3個點進(jìn)行測試,其平均值為測量結(jié)果.

1.3.6 掃描電鏡 樣品經(jīng)噴金處理后,采用Quanta-450-FEG型掃描電子顯微鏡(SEM)進(jìn)行電鏡掃描,觀察羊絨纖維表面形貌的變化.

1.3.7 色差測試 使用COLORE i7電腦測色儀測試樣品色差值.標(biāo)樣為未進(jìn)行改性聚氨酯整理的羊絨織物.

1.3.8 抗起毛起球性 將羊絨織物浸漬于制備的改性WPU整理液(浴比20∶1,整理液用量為2%(owf))中,40 ℃處理30 min.按GB/T 4802.3—2008《紡織品織物起毛起球性能的測定第3部分:起球箱法》進(jìn)行羊絨織物的起毛起球性測試.

1.3.9 抗氈縮率性 根據(jù)國際羊毛局試驗法IWS TM NO.31測試標(biāo)準(zhǔn)及方法,在5 cm×5 cm針織物試樣的縱橫方向上縫制標(biāo)記原始尺寸,采用ISO 6330標(biāo)準(zhǔn)洗衣機(jī)對羊絨織物進(jìn)行3次洗滌,洗滌結(jié)束后自然烘干,測定相應(yīng)標(biāo)記尺寸并計算氈縮率,計算公式為

其中：S1為洗滌后羊絨織物面積；S0為洗滌前羊絨織物面積.

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外光譜分析

圖 1 WPU-0和WPU-8的紅外光譜圖 圖 2 嵌段聚醚氨基硅油改性聚氨酯分子結(jié)構(gòu)式 Fig.1 The infrared spectra of WPU-0 and WPU-8 Fig.2 The molecular structure of polyurethane modified with block polyether amino silicone oil

2.2 嵌段聚醚氨基硅油用量分析

表1為硅油用量對乳液及膜性能的影響.由表可得，隨著嵌段聚醚氨基硅油用量增加,乳液外觀由淡藍(lán)色透明狀逐漸轉(zhuǎn)變成乳白色;大多乳液均表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性,WPU-12在離心后略微出現(xiàn)沉淀物．隨著嵌段聚醚氨基硅油含量增加,乳液粒徑從129.6 nm逐漸增大至1 048.5 nm.這是因為嵌段聚醚氨基硅油含量低的聚氨酯分子量較小、親水性好、易乳化、乳液體系均勻穩(wěn)定;嵌段聚醚氨基硅油含量高的聚氨酯引入的疏水性聚硅氧烷鏈段較大,增大了聚氨酯分子量且乳化時聚氨酯分子不易分散,因此乳液粒徑逐漸增大,離心穩(wěn)定性下降.

2.3 吸水率和水接觸角分析

表2為WPU膜的吸水率和水接觸角測試結(jié)果.由表2可知,隨著嵌段聚醚氨基硅油含量增大,改性WPU膜的吸水率明顯降低,從33.52%降低至16.90%．水接觸角從71.88°提升至85.93°.表明嵌段聚醚氨基硅油改性水性聚氨酯可顯著提高WPU膜的疏水性,降低膜的吸水率.這是由于嵌段聚醚氨基硅油的接枝改性在WPU中引入疏水性的聚硅氧烷鏈段,在改性水性聚氨酯膜的形成過程中,有機(jī)硅富集于水性聚氨酯膜表面,有效降低表面張力[14],使得膜的吸水率降低.且隨著嵌段聚醚氨基硅油含量的增加,水接觸角增大,疏水性得到提高.

表 1 硅油用量對乳液及膜性能的影響

表 2 聚氨酯膜的吸水率和水接觸角

2.4 掃描電鏡分析

將制備的WPU-8整理液對羊絨針織物進(jìn)行整理,使用電鏡觀察整理前后纖維表面的微觀效果，如圖3所示.

圖3(a)為未整理的羊絨纖維，可以看出纖維表面有明顯的鱗片層,圖3(b)為整理后的羊絨纖維，可以看出，經(jīng)整理的羊絨纖維鱗片邊緣模糊,纖維表面較為平整.這是因為整理劑在羊絨纖維表面形成一層交聯(lián)膜,提高纖維表面光潔度,抑制摩擦造成的短纖維游離,同時降低定向摩擦效應(yīng),阻止羊絨纖維間的滑移變形[15],對織物起毛起球和氈縮現(xiàn)象有一定改善.

(a) 未整理樣品 (b) 整理后樣品圖 3 羊絨纖維掃描電鏡圖片(10 000倍)Fig.3 Scanning electron microscope image of cashmere fabric (10 000 times)

2.5 織物整理效果分析

表3為不同硅油含量的水性聚氨酯整理液整理羊絨針織物的測試結(jié)果.由表可知,嵌段聚醚氨基硅油改性聚氨酯整理織物與未整理織物間的色差較小,未整理的羊絨織物起毛起球和氈縮現(xiàn)象較嚴(yán)重.WPU-0整理織物與未整理羊絨織物相比,其抗氈縮性能有明顯改善,但織物手感較差.隨著整理劑中硅油含量的增加,織物抗氈縮性能變化不明顯、抗起毛起球性能及手感均有所改善,這是因為嵌段聚醚氨基硅油改性WPU整理液在纖維表面吸附成膜,包覆在纖維表面,減少了因摩擦造成的短纖維游離,從而阻止纖維卷曲成球,達(dá)到改善羊絨織物抗起毛起球性能的效果.同時WPU在纖維表面成膜時,嵌段聚醚硅油鏈段的引入在膜表面富集,提高纖維表面的平滑性,使纖維在外力作用下滑移順暢,織物的柔軟性得到提高,達(dá)到手感改善的效果[11,16].

表 3 硅油用量對羊絨織物整理效果的影響

3 結(jié) 論

(1) 嵌段聚醚氨基硅油改性水性聚氨酯具有良好的穩(wěn)定性能.通過紅外分析,嵌段聚醚氨基硅油成功接入水性聚氨酯.乳液粒徑測試結(jié)果顯示,嵌段聚醚氨基硅油用量的增加會使得聚氨酯乳液粒徑增大.

(2) 接觸角和吸水率測試結(jié)果得出,隨著嵌段聚醚氨基硅油用量增加,水性聚氨酯膜的疏水性得到顯著改善.

(3) 采用嵌段聚醚氨基硅油改性水性聚氨酯整理液對羊絨纖維進(jìn)行整理,織物的抗起毛起球性能可提高1～2級,洗滌氈縮率明顯下降,織物手感得到改善,整理前后色差變化較小.