水性聚氨酯在纺织整理中的应用
水性聚氨酯在纺织整理中的应用
聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称(Polyurethane，，，，简称PU)。。。 。。。是加聚反映而成的嵌段高聚物，，，，以具柔性和弹性的聚醚或聚酯为软段，，，，以具刚性和硬度的氨基甲酸酯为硬段，，，，含有相当数目氨酯键的高分子化合物［1］。。。 。。。聚氨酯作为纺织品整理剂早泛起在欧洲，，，，通常为溶剂型产品，，，，与交联剂、涂料拼混用于纺织品的涂层。。。 。。。近年来，，，，随着人们环保意识的增强和各国环保立法的出台。。。 。。。水性聚氨酯正逐步取代溶剂型聚氨酯，，，，特殊是西欧和日本，，，，相继开发了系列产品。。。 。。。现在，，，，水性聚氨酯已经乐成地应用于纺织印染行业，，，，实践批注，，，，它能够赋予织物优良的柔软度、丰满感、耐洗、耐磨、回弹性好、爽滑、手感好、抗静电等，，，，以是，，，，水性聚氨酯在纺织行业中的研究开发和应用获得普遍而迅速的生长。。。 。。。
聚氨酯的开发与生产可追溯到第二次大战时代。。。 。。。水性聚氨酯由著名科学家SchlackP于1942年首先通过外加乳化剂强制疏散而制备［2］，，，，首次工业化生产于1967年，，，，1972年拜耳公司率先开发了用作皮革涂饰的聚氨酯水乳液。。。 。。。数十年来，，，，西欧和日本对水性聚氨酯的研制开发很是重视，，，，现今已有许多种类的水性聚氨酯产品，，，，乐成应用于纺织、印染、皮革加
工、涂料、胶黏剂、木料加工、修建、造纸等行业。。。 。。。
我国水性聚氨酯的开发应用与外洋相比，，，，尚保存相当大的差别。。。 。。。近年来，，，，有东华大学研制开发的Y503、Y504两种自交联水性聚氨酯涂层剂［3］，，，，江苏石油化工学院研制的阴离子型聚氨酯乳液，，，，烟台市化工研究所、安徽大学等单位都接纳了差别的工艺蹊径合成了差别用途的水性聚氨酯，，，，在差别的应用领域中取得了一定的效果。。。 。。。但海内的水性聚氨酯产品，，，，特殊是应用纺织品印染加工中的产品品种少，，，，性能质量还不稳固，，，，致使许多相关行业恒久依赖入口，，，，特殊是印染行业，，，，绝大部分都是从日、美、欧洲等国家入口。。。 。。。
1水性聚氨酯整理剂分类
凭证分子粒子在水中的疏散水平差别,水性聚氨酯分为乳液、水疏散体、水溶性等3种,表1列示了3种水性聚氨酯的特征。。。 。。。
由表l可见，，，，水性聚氨醋的粒径很小，，，，水疏散性强。。。 。。。以是整理后的织物手感细腻粘附性好。。。 。。。
凭证引入亲水基团带电性的差别水性聚氨醋又可分为非离子、阴离子、阳离子、两性离子型等4种。。。 。。。亲水基团是梭基与磺酸基时,所获得的乳液为阴离子型
；；；；；亲水基团是叔胺基时,则为阳离子型；；；；；亲水基团为水溶性的聚氧化乙烯二醇或接纳含氧化乙烯链的亲水性共聚醚时则为非离子型；；；；；两性离子型则为羧基或磺酸基与叔胺基并存。。。 。。。
另外,水系聚氨酯又有反映型和非反映型之分,虽然它们的配合特点是分子结构中含有异氰酸酯基,但前者是用关闭剂将异氰酸酯基暂时关闭,在纺织品整理时复出,相互交链反映形成三维网状结构而固着在织物外貌。。。 。。。
凭证乳化系列分类,水性聚氨酯可分为外乳化型和自乳化型。。。 。。。外乳化型又称为强制乳化型,系将疏水性聚氨酯用外加乳化剂强制乳化而成。。。 。。。自乳化型又称内乳化型,在制备时不必另加乳化剂,而是接纳称为内乳化剂的亲水性单体,赋予聚氨酯若干亲水基团,使其自行乳化而成水性产品。。。 。。。
按固化特征分类,聚氨酯可分为热固性和热塑性；；；；；按低聚物多元醇分类,可分为聚酯型和聚醚型;按异氰酸酯的母体结构,可分为脂肪族和芬芳族；；；；；按整理功效可分为水性聚氨酯防皱剂、固色剂、胶粘剂、防水透湿涂层剂、仿麂皮整理剂及抗静电剂等。。。 。。。
2水性聚氨酯的制备和改性
2.1水性聚氨酯的制备
制备水性聚氨酯现在所接纳的要领就是将异氰酸酯基降低活性或在分子链中引入亲水基团，，，，可以从阴离子、阳离子和非离子型产品三个方面来睁开研究:
2.1.1阳离子型
通过阳离子扩链反映，，，，形成聚氨酯高分子预聚体［4］，，，，引入反映性活性基团，，，，经由亚硫酸氢钠封端和乳化形身疏散乳液，，，，能够解封后与织物及染料等阴离子基团反映，，，，可用于高性能固色剂、耐久性弹性整理剂等。。。 。。。
2.1.2阴离子型
使用聚醚多元醇，，，，经由扩链反映后，，，，形成多维高分子水疏散物［5］，，，，整理时在纤维内外部形成沉淀，，，，能够与织物及外貌其他结构形成网状交联，，，，改善纤维内部、外部结构，，，，可以用于改善织物服用性能，，，，抗起毛起球、耐水洗、形状影象等功效。。。 。。。
2.1.3非离子型
主要是要合成具有耐久性的亲水性高分子物［6］，，，，可以用于织物亲水性能改性，，，，使涤纶等原来疏水的纤维织物具有亲水性和抗静电性，，，，可以用于耐久性的织物抗静电剂、亲水改性剂、吸湿排汗剂等。。。 。。。
2.2水性聚氨酯的改性
对应于上述阳离子型、阴离子型和非离子型水性聚氨酯，，，，其改性要领如下:
2.2.1阳离子型的改性
阳离子改性中接纳二乙烯三胺的接枝手艺，，，，通过二乙烯三胺酮亚胺结构的运用，，，，控制系统的粘度，，，，在与环氧类反映，，，，形成活性反映基团，，，，更有利于聚合物与织物的反映和交联。。。 。。。
2.2.2阴离子型的改性
阴离子改性中可以引入具有聚醚结构的有机硅油，，，，加入预聚体的反映，，，，增强聚氨酯拒水性能、平滑性，，，，并提供柔软手感。。。 。。。
2.2.3非离子型的改性
非离子改性中可以运用三元醇聚醚，，，，与TDI、DMPA等合成具有支链结构的聚氨酯水疏散乳液，，，，应用时，，，，与织物纤维形成三维立体的交联，，，，在织物外貌形成网状交联薄膜，，，，改善织物性能。。。 。。。
3水性聚氨酯在染整加工中的应用希望
3.1防水透湿涂层剂
织聚氨酯涂层织物可制成防水、防羽绒等多功效面料，，，，具有涂层薄、弹性好、手感软、耐溶剂、耐水、耐寒、耐磨等优点。。。 。。。聚氨酯涂层剂有溶剂型和水型两
类，，，，溶剂型所使用的溶剂如甲苯、DMF(已列入REACH规则第八批高度关注物质)有毒、易燃，，，，水性聚氨酯对情形无污染。。。 。。。水性聚氨酯耐磨性、强度、耐低湿开裂性好于丙烯酸酯乳液和水性聚乙烯类树脂涂层剂。。。 。。。水性聚氨酯成膜性好，，，，织物经涂层整理后可形成耐久性薄膜，，，，有较好防水性，，，，水滴不易透过，，，，由于水性聚氨酯分子结构中含有较多的极性基团，，，，水蒸气可以通过聚氨酯无定型区扩散至外貌，，，，使涂层织物具有防水透湿功效，，，，可用于制造服装、雨衣、帐蓬等纺织品。。。 。。。同时可与羟基等官能团交联，，，，提高耐洗性。。。 。。。成膜后使织物组织更细密，，，，逍遥关闭，，，，做成羽绒服、枕套和被子后，，，，羽毛不易刺出。。。 。。。用于织物涂层剂的水性聚氨酯产品有日本的Elastron系列、Superflex系列和Bayer公司的Impranil系列。。。 。。。
海内外水性聚氨酯防水透湿涂层剂的研究和产品都较量多，，，，马访中等[7]将聚丙烯腈水解物（HPAN）同端氨基PU预聚体在室温下经反映性共混，，，，天生在水中稳固保存的高分子羧酸铵盐。。。 。。。将该羧酸铵盐涂布、烘干、焙烘后，，，，羧酸铵盐受热后脱水天生酰胺，，，，制得具有一定防水透温性能的PU涂层。。。 。。。这种涂层主要通过防水透湿机理实现透湿。。。 。。。用上述工艺制备的涂层布，，，，耐水压值约6370Pa，，，，透湿量约2558g/m2·d。。。 。。。谢维斌等[8]划分加入丙烯酸甲酯或丙烯酸羟乙酯或两者的混淆体合成改性水性聚氨酯，，，，并对棉织物涂层，，，，在差别温度、时间及涂层量下，，，，测试涂层棉织物抗水性、强力伸长率及透湿性批注，，，，引入丙烯酸甲酯可提高涂
层膜抗水性、增添涂层膜抗张强力。。。 。。。引入丙烯酸羟乙酯有利涂层膜透气性，，，，提高涂层膜断裂伸长率。。。 。。。
3.2免烫整理剂
20世纪80年月以来，，，，自然纤维织物具有柔软、恬静、透气、吸湿性好等优点而重新受到人们的青睐。。。 。。。但由于容易起皱、洗后需要熨烫，，，，因此需要对织物举行抗皱免烫整理。。。 。。。恒久以来，，，，使用的抗皱整理剂大多为甲醛类整理剂，，，，如改性2D树脂，，，，是效果较好的耐久压烫整理剂，，，，但在整理加工及衣着历程中会释放出
对生态情形和人体有害的甲醛，，，，同时也保存织物强力损伤严重的问题。。。 。。。随着人们环保意识的增强，，，，各国对纺织品甲醛释放和限制也越来越严酷，，，，因此降低织物的甲醛释放量已成为免烫整理研究的热门之一。。。 。。。水溶性聚氨酯是由柔性链段－高分子的聚醚和刚性链段－低分子量的氨基甲酸酯基嵌段共聚组成的弹性高聚物，，，，这种树脂不含甲醛，，，，具有较好的成膜性和弹性，，，，可望赋予织物一定的抗皱性，，，，并提高织物强力，，，，能较大的提高整理的抗皱回复角、耐磨性能，，，，并赋予织物优良的手感，，，，它对棉、涤棉、涤粘等种种纤维有用。。。 。。。
丁颖等[9]以TDI和PEG制备免烫整理剂，，，，研究批注PEG400-800均对棉织物有抗皱效果，，，，分子量太大和太小均不相宜。。。 。。。张瑞萍等[10]以TDI、聚醚多元醇为质料，，，，制备芬芳族聚氨酯预聚体，，，，用封端法合成了水溶性聚氨酯，，，，研究批注-NC0/-OH=2/1，，，，80~90℃反映1.5~2h制得预聚体，，，，以异丙醇作溶剂，，，，在增进剂保存下，，，，以NaHSO3为封端剂，，，，1O℃，，，，封端反映2Omin可制得水溶性聚氨酯。。。 。。。将制得的产品用于棉和丝绸的抗皱整理，，，，可提高织物的回复角。。。 。。。为了填补简单聚氨酯整理的缺乏，，，，也可以将聚氨酯和其他类型免烫整理剂复合使用。。。 。。。
3.3羊毛防缩整理剂
用于羊毛防缩整理的树脂许多，，，，如聚氨酯、聚酰胺表氯醇缩合物、聚丙烯酸酯、聚硅氧烷等。。。 。。。聚氨酯防缩剂整理可一步到位，，，，无污染，，，，防缩剂分子链中含有活性基团，，，，整理后在羊毛纤维外貌形成具有交联网络结构的聚合物膜，，，，并与羊毛纤维之间爆发化学键毗连，，，，因此具有极佳的防缩效果，，，，且防缩耐久性相当好。。。 。。。以是水性聚氨酯羊毛防缩剂被国际羊毛局（IWS）推荐使用。。。 。。。代表产品有Bayer公司的SynthappretBAP和日本达一琦公司的ElastronBAP。。。 。。。
王伟锋等[11]将IPDI与聚醚多元醇反映合成预聚体，，，，然后划分接纳焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢铵等封端剂举行封端，，，，获得3种水性羊毛防毡缩剂。。。 。。。效果批注，，，，接纳焦亚硫酸钠封端的羊毛防毡缩剂的成膜性和疏散性好、外貌张力
小、贮存稳固，，，，防毡缩效果可抵达IWS机可洗标准。。。 。。。胡震等[12]以IPDI和聚醚多元醇（GEP-330N和PE-6200）为基实质料，，，，通过用NaHSO3封端的要领，，，，合成了2种水性聚氨酯型羊毛防毡缩整理剂，，，，并用于羊毛织物的整理，，，，获得优异的防毡缩效果及手感。。。 。。。
3.4抗起球起毛剂
纯棉针织物经由煮漂、染色、整理等加工，，，，其外貌会爆发许多绒毛，，，，加之静电作用。。。 。。。衣着一段时间后织物外貌会起毛起球，，，，影响雅观和恬静感。。。 。。。涤棉混纺针织物则是在服用和洗涤历程中，，，，由于一直受到摩擦，，，，起毛起球征象严重，，，，使织物的手感和外观变差，，，，影响其服用性能。。。 。。。
树脂整理是提高织物抗起毛起球较为有用的要领。。。 。。。其原理是，，，，使用树脂可在纤维外貌交联网状成膜的功效，，，，使纤维外貌包裹一层耐磨的树脂膜，，，，削弱纤维间的滑移；；；；；同时，，，，树脂匀称地交联凝聚在纱线的表层，，，，使纤维端粘附于纱线上，，，，摩擦时不易起球。。。 。。。对织物举行树脂整理可以提高织物抗起毛起球性能并可以改善织物防皱、抗静电等性能。。。 。。。
施剑等[13]合成了一系列阳离子类水性聚氨酯产品（CWPU），，，，用于涤棉针织物的整理，，，，随着CWPU分子中的网状化水平、硬链段及阳离子质量分数的提高，，，，整理织物的抗起毛起球性能也随之提高。。。 。。。CWPU用量为120g/L、130oC焙烘3.0min的浸轧工艺条件下，，，，对涤棉针织物举行整理，，，，可使织物的起毛起球品级从1.5级提高到4级，，，，且织物的手感不受影响。。。 。。。袁友飞等[14]合成的阳离子水性聚氮酯（CWPU）应用于涤棉针织物的抗起毛起球整理。。。 。。。探讨了聚醚二元醇PEG-1000与聚醚三元醇GE-310用量比，，，，预聚时OH/NCO比值，，，，以及扩链剂三乙烯四胺（TETA）与N一甲基二乙醇胺（MDEA）用量比，，，，对涤棉针织物抗起毛起球性能的影响，，，，确
定了较佳的合成工艺参数，，，，即PEG1000：GE310＝l:9，，，，OH/NCO=1.15，，，，TETA：MDEA＝7:3，，，，经CWPU处理后，，，，涤棉混纺织物的抗起毛起球品级可提高l一2级，，，，抗静电性能也有所提高，，，，手感优异。。。 。。。该整理剂为无甲醛整理剂，，，，切合环保要求。。。 。。。
3.5抗静电整理剂
大大都化纤织物摩擦后会爆发负电荷因而需接纳抗静电剂举行整理。。。 。。�？？？咕驳缂潦且焕嘀饕闹锖笳碇�。。。 。。。阳离子外貌活性剂对合成纤维来说是效果较好的抗静电剂。。。 。。。可是在工业中应用的此类抗静电剂保存着耐洗牢度不敷、染色织物容易变色、摩擦牢度低的弱点。。。 。。。而水性聚氨酯，，，，尤其是含离子型水性聚氨酯含有大宗的极性基团,是优异的织物抗静电和亲水整理剂。。。 。。。不但具有很好的抗静电效果，，，，并且与织物钻附性好耐洗涤。。。 。。。
周向东等[15]以PEG-400和MDI为主要质料，，，，NaHSO3为关闭剂，，，，合成封端型水系聚氨酯，，，，再与抗静电剂TN及相关助剂复配成一种耐久型的抗静电整理液，，，，通过该整理液对涤纶织物的抗静电整理，，，，探讨了整理效果，，，，优化了整理工艺条件。。。 。。。
3.6固色剂
聚氨酯生产手艺在水性化方面取得的蓬勃生长，，，，为高性能固色剂的合成提供了契机，，，，毗连有胺类化合物的水性聚氨酯通过与直接染料、酸性染料或活性染料等阴离子水溶性染料作用，，，，可以获得很是理想的固色效果。。。 。。。
杜郢等［16］将二异氰酸酯和聚酯多元醇或聚醚多元醇在有机锡催化下获得聚氨酯预缩体加入端基(-NCO)关闭剂氮甲基二乙醇胺(N－MDEA)或甲乙酮肟，，，，封端量11%～20%时，，，，用冰醋酸中和，，，，使pH在4～6获得的产品为季铵盐类阳离子型水性聚氨酯。。。 。。。当封端基含量较高时，，，，乳液稳固性好，，，，乳液趋于透明。。。 。。。从差别
的pH值下其Zeta电位的转变可知:当pH＜8.9时，，，，Zeta电位为正值，，，，显示阳离子性，，，，pH=4～6时Zeta电位大，，，，约25.6mV;pH＞8.9时，，，，Zeta电位为负值。。。 。。。此时，，，，阴离子染料籍静电吸附，，，，将阳离子水性聚氨酯吸附在染料周围。。。 。。。
4展望
水性聚氨酯经由了多年的生长，，，，已经取得了显著的希望。。。 。。。但其合成本钱仍然较高，，，，同时其某些性能与溶剂型的聚氨酯相比，，，，仍有相当的差别，，，，在可展望的未来，，，，水性聚氨酯将在以下几个方面继续深入研究:
(1)开展双组分水性聚氨酯的研究，，，，制备与高固体含量的聚氨酯固化剂相匹配的高固体含量或无溶剂羟基树脂，，，，生长无残留异氰酸酯基的潮固化剂。。。 。。。能够在较低温度下大幅度提高涂膜的强度。。。 。。。
(2)使用其他高分子质料对水性聚氨酯改性。。。 。。。
(3)增强复合改性水疏散型聚氨酯(尤其是丙烯酸改性、有机硅改性、有机氟改性)的研究，，，，提高水疏散型聚氨酯的综合性能。。。 。。。
(4)使用可再生资源植物油制备改性水性聚氨酯涂料。。。 。。。
(5)水性热固化聚氨酯用关闭剂和交联剂。。。 。。。
(6)水性聚氨酯应用助剂的研究及商品化。。。 。。。
5结语
现在水性聚氨酯已作为具有环保、高性能、无醛等优异性能的纺织助剂大宗用在纺织行业中，，，，其中作为防水透气涂层剂使用多，，，，但作为抗静电剂、固色剂等用途无论在理论机理照旧现实应用研究的都很少，，，，以后因一直完善水性聚氨酯在涂层剂、羊毛防缩整理剂、抗起球起毛剂的性能，，，，加洪流性聚氨酯免烫整理剂、抗静电剂、固色剂等新用途的研究，，，，为纺织行业提供好的整理方案。。。 。。。dfgebsrg
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