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(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710048；2.深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測研究院，廣東深圳 518000）

水性聚氨酯是以水代替有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)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(yōu)點(diǎn)，大大降低了生產(chǎn)成本，并對印染行業(yè)向綠色、環(huán)保方向轉(zhuǎn)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(jīng)過脫乙?；@得的堿性多糖，具有抗菌、易降解、環(huán)境友好等良好特性。目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于制藥、生物醫(yī)學(xué)、食品包裝、印染助劑等領(lǐng)域［5-9］，但是由于其相對分子質(zhì)量大，容易在分子內(nèi)及分子間形成氫鍵，幾乎不溶于水和絕大多數(shù)有機(jī)溶劑，而目前紡織品的染色和整理加工多是以水作為介質(zhì)，因此殼聚糖難以直接作用于紡織品印染加工過程［10］。

本實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(jìn)行后整理，并測試織物的各項(xiàng)性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

織物：純羊毛平紋機(jī)織物、純棉平紋機(jī)織物。

試劑：異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI，分析純，濟(jì)寧佰一化工有限公司），聚酯218（工業(yè)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(yè)級，江陰市金海高分子材料有限公司），三乙胺（TEA，分析純，濟(jì)南子安化工有限公司），二月桂酸二丁基錫（DBTDL，天津大茂化學(xué)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(lán)季生物有限公司），無水乙醇（分析純，天津市富宇精細(xì)化工有限公司），去離子水。

儀器：MU505T 軋車（北京紡織機(jī)械器材研究所），LA-205熱定形機(jī)（日本株式會社），YG541L 褶皺測試儀、YG502N 起毛起球儀（南通宏大實(shí)驗(yàn)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(qiáng)力機(jī)（寧波紡織儀器廠）。

1.2 CS-WPU 的合成

將裝有攪拌裝置、溫度計(jì)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(yīng)1 h，加入親水?dāng)U鏈劑DMBA，繼續(xù)反應(yīng)2 h 完成預(yù)聚反應(yīng)，分3 次加入CA-CS，繼續(xù)反應(yīng)2 h，將反應(yīng)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?nèi)榛?0 min，乳化結(jié)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(yīng)機(jī)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(yù)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(yù)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(jià)第3 部分：振蕩法》進(jìn)行測試?？椢锏囊志视?jì)算公式如下：

式中：A表示對照樣振蕩18 h 后燒瓶內(nèi)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(nèi)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(fù)性的測定回復(fù)角法》進(jìn)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(yàn)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(qiáng)力

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

1.4.6 手感

將未整理、經(jīng)過CS-WPU 和WPU 整理的羊毛織物、棉織物分別放置在2 個(gè)評級箱中。選取測試者10人，單獨(dú)對織物手感進(jìn)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(jié)果與討論

2.1 抗菌性能

由表1 可知，經(jīng)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(dá)到97%和95%，明顯優(yōu)于經(jīng)WPU 整理后的羊毛織物。這是因?yàn)樽鳛樘烊粔A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(zhì)子從而帶上正電荷，與細(xì)菌細(xì)胞壁和細(xì)胞膜上的負(fù)電荷結(jié)合，干擾細(xì)胞壁的生成，從而抑制細(xì)菌生長，達(dá)到抑菌效果。實(shí)驗(yàn)表明殼聚糖已經(jīng)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(jīng)過WPU和CS-WPU整理后，羊毛織物的折皺回復(fù)角均減小，抗皺性能有所下降，但是經(jīng)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(jīng)過WPU和CS-WPU 整理后，棉織物的折皺回復(fù)角均明顯增加，而且經(jīng)CS-WPU 整理后，抗皺性能的增長明顯優(yōu)于WPU，急彈和緩彈折皺回復(fù)角分別提升了11.23°和20.64°。這是因?yàn)檠蛎w維自身具有優(yōu)良的彈性和卷曲，整理劑的施加反而限制其相對運(yùn)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(fā)生共價(jià)鍵交聯(lián)，沉積在纖維的無定形區(qū)；當(dāng)作用的外力撤去后，這些分子間的交聯(lián)使得棉織物的抗皺性能得以提高。而經(jīng)CS-WPU 整理后的棉織物，因?yàn)闅ぞ厶堑囊?，其大分子中的活性基團(tuán)與纖維素纖維發(fā)生交聯(lián)后，會使棉織物獲得更為優(yōu)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(jīng)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(jīng)過CS-WPU整理的織物白度下降更明顯。這是因?yàn)樵诟邷乇汉孢^程中，織物會發(fā)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(xiàn)下降趨勢。

圖2 織物的白度

2.4 強(qiáng)力

從表2 中可以看出，經(jīng)WPU、CS-WPU 整理后的棉織物經(jīng)緯向的斷裂強(qiáng)力均有明顯降低。這是因?yàn)榻?jīng)過整理后，在棉織物纖維的基本結(jié)構(gòu)單元及大分子間引入了一定數(shù)量比較穩(wěn)定的共價(jià)鍵交聯(lián)，使各單元間的移動性受限，當(dāng)承受外力時(shí)變得更加不均勻，從而導(dǎo)致織物的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率下降。

表2 棉織物的強(qiáng)力

2.5 抗起毛起球性能及手感

由表3 可以看出，經(jīng)WPU 或CS-WPU 整理后的織物抗起毛起球性能略優(yōu)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?yàn)槊蘅椢锴疤幚頃r(shí)經(jīng)過燒毛處理，表面光潔，整理前后變化不明顯。而手感呈現(xiàn)出與起毛起球性能相反的結(jié)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?yàn)橥ㄟ^整理在織物表面以共價(jià)鍵交聯(lián)的方式形成一層連續(xù)的薄膜，防止纖維產(chǎn)生茸毛進(jìn)一步纏結(jié)為小球，從而賦予織物良好的抗起毛起球性能，但是同時(shí)也使得織物手感變硬，對服用性產(chǎn)生影響。

表3 織物的起毛起球性和手感

3 結(jié)論

（1）經(jīng)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(dá)到97%、95%。

（2）經(jīng)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(jīng)過CS-WPU 整理后，織物的斷裂強(qiáng)力、白度和手感均有不同程度的下降。

（4）經(jīng)過WPU 與CS-WPU 整理后，織物的抗起毛起球性均略有提升。