水性聚氨酯

纺织印染水性聚氨酯应用发布时间：2011-11-14 | 阅读次数：803 水性聚氨酯不含甲醛，APEO等有害物质，能够减少对环境的污染，也因此广泛应用于纺织印染行业。

水性聚氨酯整理剂分类水性聚氨酯的形态对其流动性、成膜性及加工织物的性能有重要影响。

一般分为3种类型,即水溶型、胶体分散型和乳液型。

由于它们对纤维织物的浸透性和亲和力不同,因此在纺织品染整加工中的用途也有差别,其中以水溶型和乳液型产品较为常用。

另外,水系聚氨酯又有反应型和非反应型之分,虽然它们的共同特点是分子结构中含有异氰酸酯基,但前者是用封闭剂将异氰酸酯基暂时封闭,在纺织品整理时复出,相互交链反应形成三维网状结构而固着在织物表面。

根据乳化系列分类,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,而是采用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。

按固化特性分类,聚氨酯可分为热固性和热塑性;按离子性分类,可分为阴离子、阳离子、非离子和两性型;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,可分为脂肪族和芳香族;按整理功能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。

水性聚氨酯在染整加工中的应用进展染色印花助剂水性聚氨酯可作为涂料轧染、涂料印花及特种印花(主要是透明印花和消光印花)粘合剂。

目前有报导用亚硫酸氢钠作封闭剂的水性热反应型涂料染色粘合剂。

利用水性聚氨酯上的活泼基团可与纤维及染料反应的特性,作为显著改善染色牢度的固色剂(东华大学有研究报道)。

以阳离子型水分散性聚氨酯作为染前处理剂,可改进织物和无纺布的可染性。

功能整理助剂水性聚氨酯无甲醛,成膜又具有较好的弹性,是替代或部分替代氨基树脂的一种较好的无甲醛防皱整理剂。

近年来,出现水溶性热反应型产品,浸轧在棉布上后经烘干、焙烘,可显著提高加工织物的折皱回复角。

采用2种不同水性聚氨酯的混合物浸渍ＴＣ混纺织物,可使其同时获得柔软性、抗皱性和拒水性。

有报导通过对水溶性有机硅柔软剂进行封端ＰＵ改性,产品的应用性能明显改善,特别是织物的弹性和耐久性效果尤佳。

在蛋白质纤维的整理中,用于丝织物,可达到柔软、耐磨和抗皱等优良服用性能。

用作羊毛加法防毡整理剂,工艺简单,不需氯化或氯化预处理,与毛用染料及助剂具有较好的配伍性,具有极佳的防毡缩效果,而且能改善羊毛织物的弹性和起毛起球性。

离子型聚氨酯含有大量的极性基团,是良好的织物抗静电和亲水整理剂。

有报导用水溶性聚氨酯与含活泼氢的阳离子表面活性剂反应生成高分子化合物,是一种新耐久性抗静电剂,具有良好的渗透性,适用于涤纶、锦纶的抗静电和亲水整理。

可作为仿真整理剂。

用于仿麂皮整理,其加工织物皮感强、丰满厚实、韧性好且通气透湿。

还可用于仿麻整理,最大的特点是耐洗性强,这是由于其分子量低,对织物渗透性强,可与纤维反应和自身交联反应成膜,可作防水透湿涂层整理剂。

如用水性聚氨酯涂饰的尼龙产品,具有高透湿性和排水性能。

这是由于水性聚氨酯结构中含有大量的极性基团,成膜性好,可在织物上形成耐久性拒水薄膜。

也正是由于这些极性基团的“化学阶梯石”作用,以及水分子通过聚氨酯结构中无定形区迁移和扩散,而使涂层织物具有透湿性。

作为纺织品纳米整理材料的分散介质。

纳米材料具有特殊的抗紫外线、吸收和反射红外线、抗老化、高强度和韧性、良好的导电和静电屏蔽效应、强的抗菌消臭和吸附能力等特性,因此将纳米材料与纺织品进行复合可以制成各种功能纺织品,是纺织品功能整理的发展方向,要把具有这些特定功能的纳米级材料牢固地整理到纤维或纺织品上需要一种介质,这种介质要既能很好地分散纳米级功能材料,防止纳米级材料在介质中进行团聚,即纳米微粒的团聚(这是纳米材料应用于纺织品中一个比较棘手的问题),又能与纺织品有很好的结合力,还要不改变纺织品原有的风格手感。

目前对这种用于纺织品纳米整理材料的分散介质(连续相)研究还比较少。

我们通过分析和资料的查阅,发现带有端基活性经过改性的水溶性聚氨酯能作为纳米材料的分散介质,因为聚氨酯具有优良的手感,聚氨酯中的—ＮＣＯ具有很高的反应活性,本身分子能够聚合形成大分子,同时又能与纤维上的—ＮＨ2、—ＮＨ、—ＯＨ、—ＣＯＯＨ等基团反应,其本身就是能赋予织物各种功能的整理剂;另一方面,有资料表明,纳米材料能够很好地分散在水溶性聚氨酯溶液中而不改变纳米材料原有的性质。

我们正在进行有关改性水溶性聚氨酯及其对纺织品纳米整理材料分散性能方面的研究,以促进纳米功能材料在纺织品染整加工领域的实际应用。

水性聚氨酯能满足纺织品功能性和流行性整理的要求,并且无污染问题,是具有强劲发展势头的纺织品整理剂。

与国外相比,国内研究起步晚,发展缓慢,存在原料品种少、理论研究不足和开发应用不够等问题。

例如,许多亲水性单体(2,2-双羟甲基丙酸等)国内无生产;国产聚醚和聚多元醇品种少,活性不稳定,使预聚反应难以控制,缺乏专门用于合成水性聚氨酯的大分子多元醇。

今后,应加强化工基础配套工作和理论研究,开发品种多样化、结构功能化的复合型聚氨酯纺织助剂,满足纺织品多功能高质量的整理要求。

摘要：综述了常见聚氨酯类纺织化学品的结构特点及其特性。

重点就原理、结构及性能等方面讨论了水性聚氨酯在纺织品印染加工中的应用，指出目前聚氨酯类印染助剂存在的不足，提出了其发展方向。

关键词：聚氨酯；纺织化学品；印染助剂聚氨酯（Polyurethane，PU）即聚氨基甲酸酯，是一种杨氏模量介于橡胶与塑料之间的新型高分子合成材料。

其合成是以含有高度不饱和键的异氰酸酯基与活泼氢化合物之间的化学反应为基础的。

聚氨酯具有优异的耐磨、柔韧和耐化学品性。

溶剂型（油溶性）聚氨酯，由于大量溶剂（二甲基甲酰胺、甲苯、丙酮、丁酮、醋酸乙酯等）的使用会不可避免地带来高额的生产成本和严重的环境污染，从应用的角度来看，也较为不便，与其他水性化学品的配伍性也极差，这些都极大地限制了其在纺织领域的应用。

通过向聚氨酯大分子结构中引入亲水/离子性基团制备的水性聚氨酯，弥补了溶剂型聚氨酯的不足。

水性聚氨酯可赋予纺织品柔软而丰满的皮质手感和耐磨性、抗皱防缩性、回弹性、挠曲性及透气吸湿性等，作为一类印染助剂用于织物的整理、染色和印花等方面已显示出广阔的前景。

1水性封端聚氨酯封闭型水性聚氨酯是指对聚氨酯预聚体中的部分或全部的高活性异氰酸酯基（－NCO）进行钝化，并通过引入亲水性成分或采用外乳化的方法制得的活性基被暂时封闭并在适当的热处理条件下可再次恢复其活性的聚氨酯乳液或溶液。

对这种聚氨酯在130～160℃下进行热处理时，其中的－NCO基团可恢复活性并与体系中存在的含有活泼氢的基团（羟基、氨基、脲基、羧基、氨酯基、水等）反应而产生交联。

由于纺织纤维上通常也含有能够与异氰酸酯基反应的含活泼氢的基团，因此这种“活性”聚氨酯对织物一般具有较强的黏附牢度。

1.1水性封端聚氨酯的特点反应型水性聚氨酯（即水性封端聚氨酯）一般为水溶性高分子预聚体。

与常用于纺织品后处理的树脂相比，热反应型水溶性聚氨酯既保持了聚氨酯的弹性，又具有极好的反应活性，能够与纤维及各种纺织化学品上的活泼氢基团同时发生化学结合或自身产生网状交联，因而可赋予织物各种持久耐洗的功能，提高纺织品的附加价值[1]。

另外，由于它通常是一种分子量较低的齐聚物，因而对织物及纤维的渗透、扩散性高；经适当的工艺处理后，可在纤维表面形成一层耐久性的交联膜。

1.2水性封端聚氨酯的应用该类整理剂可广泛用于棉织物的耐洗防水和阻燃、涤纶织物的持久抗静电、羊毛及棉针织物的防缩和抗起毛起球整理，并可用于提高梭织物撕破强力等方面[1]。

作为一种潜在的固化剂或交联剂，水性封端聚氨酯主要应用在涂料印花/染色、树脂整理（如棉、麻、粘胶、天丝及丝织物的防皱整理）、特殊效果的织物涂层整理（如防水透湿、仿皮、仿特殊质感涂层）及化纤织物的亲水、抗静电整理等方面。

另外，纳米材料能够很好地分散于水性聚氨酯溶液，而不改变材料原有的性能。

因此，水性聚氨酯的应用将极大地促进纳米功能材料在纺织染整加工领域的实际应用。

2改性聚氨酯为降低成本、扩大应用范围并改善高分子材料的性能，通常将具有不同化学组成及性能的高分子通过共混或接枝共聚等方法复合，制得混杂聚合物（Hybrid）[2]。

由于聚氨酯预聚体易于与其他单体或聚合物混合并进行互不干扰的平行反应，得到性能优良的聚氨酯互穿网络（InterpenetratingPolymerNetwork，IPN）体系，因此成为目前研究最为活跃的一类互穿网络聚合物[3]。

改性聚氨酯可广泛用作各种纺织品印染助剂和涂饰剂。

对水性聚氨酯进行有机硅改性，整理后的织物不仅柔软滑爽，且在弹性和耐洗性方面也会有明显的改善，是一种良好的柔软剂；聚氨酯主链上接枝多氟烷基，可成为优良的防水、防油污整理剂；而在其主链上接枝卤素或磷等元素，则成为优良的阻燃整理剂[4]。

2.1有机硅改性聚氨酯有机硅/聚氨酯共聚物兼备有机硅材料优异的柔韧性、耐水性、透气性、生物相容性和聚氨酯的耐磨性，可广泛应用于纺织印染领域[5]。

通过与有机硅结合，可极大地改善水性聚氨酯的表面性能、耐湿擦性和低温柔顺性，手感也更加滑爽舒适[6]。

在以端羟基聚二甲基硅氧烷为部分软段的聚氨酯材料中，有机硅链段更倾向于在材料的表面富集并取向，从而使得共聚物膜的附着力、硬度等力学性能得到改善[7]。

这种水性有机硅/聚氨酯乳液不仅可用于皮革涂饰，还可用作手感整理剂和防水剂等[8]。

采用高活性有机聚硅氧烷改性的阳离子聚氨酯光亮剂具有乳液稳定、成膜透明和喷涂手感好等优点[9]。

有研究表明[10]：经水溶性有机硅改性的封端聚氨酯在加热整理过程中，复活的异氰酸酯基能够与纤维上的活性基团反应，因而整理织物具有较好的弹性和耐洗性。

2.2丙烯酸酯改性聚氨酯水性聚氨酯具有高弹性和良好的渗透性并耐热、耐寒、耐化学品、耐曲磨且手感特别柔软，其湿摩擦牢度及爽滑性好，皮膜不发黏、不吸附灰尘，而且在针织物上印花不会产生露花等疵病，但其耐高温和耐水性较差，且价格是聚丙烯酸酯（PA）的3～4倍。

水性丙烯酸酯树脂虽具有较好的耐水性、耐候性和力学性能，但又存在硬度大、热黏冷脆等缺点。

因此，用聚氨酯对丙烯酸酯进行改性，以结合两者优点，做到优势互补，令人关注[3，11]。

其改性产物被称为“第三代”聚氨酯乳液（PUA），正成为近年来研究的热点[12-13]。

采用化学共聚法制得的PUA乳液，其PU和PA组分通过化学键达到了分子水平上的相容，复合程度更高、性能更加优越，是未来PUA复合乳液发展的重点。

有研究表明[12,14]：PU/PA互穿网络聚合物通过分子链间的相互渗透、缠结和相容，在手感、强度、延伸率、吸水率、吸尘性等性能上都比拼混物增效一倍左右。