水性聚氨酯在纺织行业中的应用_鲍俊杰

■ＰＵ技术◆　鲍俊杰，黎兵，刘都宝，谢伟，许戈文（安徽大学化学化工学院，安徽省绿色高分子材料重点实验室，合肥２３００３９）聚氨酯作为纺织品整理剂源于２０世纪５０年代的欧洲，当时为溶剂型产品，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政府环保立法，水性聚氨酯正逐步取代溶剂型聚氨酯，特别是欧美和日本，相继开发了系列产品。

目前，水性聚氨酯已经成功地应用于纺织印染行业，实践表明，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，所以，水性聚氨酯在纺织行业中的研究开发和应用得到广泛而迅速的发展。

下面主要介绍其在纺织行业的应用。

１、防水透湿涂层剂服装面料除要求美观、时尚，又要有舒适性、防护性等功能。

近几年在我国发展迅速的防水透湿织物就是集防水、防风、透湿、舒适、保暖于一体的功能织物。

用于织物涂层胶的水性聚氨酯主要以聚醚作多元醇原料，现已开发出有机硅改性、丙烯酸改性和光固化ＰＵ等水基新品种。

防水透湿涂层剂按模量大小和透湿量大小分类见表１。

表１．　按模量大小和透湿量大小分类１．１　防水透湿机理利用水性聚氨酯分子链中含有一定量亲水性基团（一ＯＨ，－ＣＯＯＨ，－ＮＨ２）的特点，以这些基团作为水分子的阶石，水分子因氢键和其他分子间力在高湿度一侧吸附水分子，通过大分子键的热运动，由亲水基团传递到低湿度一侧解吸，形成“吸附一扩散一解吸”过程，达到透气目的。

其防水性由来自于薄膜自身的连续性和较大的膜面张力，是一层致密的实心层［１］。

此外，纤维种类与尺寸、织物的品种与织造结构、密度等都影响防水透湿性能。

织物空隙率越大，越利于水汽的传导，透湿越高，但水压会降低．纤维的化学结构也会影响对水汽的吸附，纤维若吸水膨胀，会减少空隙尺寸，阻止水汽的导出，降低透湿量．纤维表面的润湿性与表面尺寸影响水汽的迁移，微孔纤维织物表面积很大，可以允许大量水汽迁移，提高透湿量。

纤维对水的毛细效应越大，透湿提高越明显［２］。

１．２　整理工艺织物防水透湿涂层一般采用刮涂法处理。

工艺基本流程：织物防水处理→调浆→基布→涂层→烘干（温度１５０－１６０℃）织物涂布前往往要对织物进行前防水处理，提高涂层剂成膜的连续性．防止涂层剂很快渗透到织物背面，破坏了涂膜的连续性，耐水压下降；其次，涂层剂还会对纤维渗透，使手感僵硬［３］。

刮涂需要一定粘度，因此需要水性聚氨酯在纺织行业中的应用摘要：综述了水性聚氨酯在纺织行业中的应用，介绍了水性聚氨酯作为防水透湿涂层剂、羊毛防缩整理剂、抗起球起毛剂、免烫整理剂、印花涂料、抗静电整理剂、固色剂的机理、整理工艺、和研究进展。

关键词：水性聚氨酯；织物；机理；进展。

66氨酯增稠剂。

为了提高水性聚氨酯的耐水性和强度，可以在胶乳中加入交联剂，另外，还可以根据需要要求加入一定量柔软剂、消光剂等助剂配制涂层浆料。

调好的浆料涂层模板上用干法直接涂层法将均匀地涂在织物上，并在一定温度和时间下进行交联焙烘织物。

目前也开发了浸轧法工艺，例如富杰乐公司开发的ＦＬ－８０７型可浸轧水性聚氨酯涂层胶，浸轧整理用量为２０－６０ｇ／Ｌ，二浸二轧，烘干，焙烘（温度１４０－１６０℃），成膜均匀，手感柔软滑爽。

１．３　研究进展国内外水性聚氨酯防水透湿涂层剂的研究和产品都比较多，马访中等［４］将聚丙烯腈水解物（ＨＰＡＮ）同端氨基ＰＵ预聚体在室温下经反应性共混，生成在水中稳定存在的高分子羧酸铵盐。

将该羧酸铵盐涂布、烘干、焙烘后，羧酸铵盐受热后脱水生成酰胺，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。

王炜等［５］以ＰＥＧ，ＰＴＭＧ为聚醚二醇组分，与ＴＤＩ预聚合成具有防水透湿性的聚氨酯微乳液涂层剂，　再加适量自制的聚氨酯预聚体作交联剂，加少许增稠剂，调至适当粘度，涂刮基布（１９０Ｔ尼丝纺），该涂层织物手感柔软，耐寒性能优越。

李海北等［６］以聚醚多元醇（ＰＰＧ）、ＴＤＩ、ＤＭＰＡ、交联剂及成盐剂为主要原料制备了阴离子型水性聚氨酯乳液，将其用作织物涂层剂，结果表明，在一Ｃ００Ｈ基质量分数为０．８％～１．１％、ｎ（一Ｎｃ０）：ｎ（一０Ｈ）为２，５：１～３，５：１、高剪切乳化、ｎ（交联剂）：ｎ（聚醚多元醇）为１：１５、增稠剂Ｙ一６ＯＯ用量２．５％条件下，制备的阴离子型水性聚氨酯涂层剂的耐静水压可达１，９６×１０４Ｐａ。

谢维斌等［７］　分别加入丙烯酸甲酯或丙烯酸羟乙酯或两者的混合体合成改性水性聚氨酯，并对棉织物涂层，在不同温度、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表明，引入丙烯酸甲酯可提高涂层膜抗水性、增加涂层膜抗张强力。

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。

由安徽大学化学化工学院、安徽省绿色高分子材料重点实验室共同承担的辐射聚合法研制水系聚氨酯一含硅丙烯酸树脂织物涂层胶项目，已通过了安徽省教育厅组织的专家鉴定。

杨建军等［８］采用钴６０—γ辐射法乳液聚合工艺，制备了水系聚氨酯一含硅丙烯酸树脂织物涂层胶。

该胶兼有聚氨酯、丙烯酸酯和有机硅三者的优良特性，用于织物的涂层整理，使织物具有良好的防雨防风，通气透湿，穿着舒适的功能，弥补了使用单一树脂带来的耐久性、手感和成本方面的不足。

此外，周向东等［９］采用水性聚氨酯性ＰＵ阻燃涂层胶。

经Ｚｅｔａ电位与ＴＥＭ测试结果表明，水性ＰＵ乳胶对阻燃成分产生了吸附与部分包覆作用，水性ＰＵ阻燃涂层胶具有较好的稳定性，通过正交实验探讨了该阻燃胶的优化整理工艺，并按优化工艺在萧山红山涂层厂对产品进行中试，结果表明，整理后织物的阻燃性能及各项指标均能达到较高标准。

２、羊毛防缩整理剂用于羊毛防缩整理的树脂很多，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，整理后在羊毛纤维表面形成具有交联网络结构的聚合物膜，并与羊毛纤维之间产生化学键连接，因此具有极佳的防缩效果，且防缩耐久性相当好［１０］。

所以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Ｅｌａｓｔｒｏｎ　ＢＡＰ。

２．１　防缩机理毛织物洗涤时会发生毡化收缩是由于羊毛纤维表面具有鳞片结构造成的。

顺鳞片方向与逆鳞片方向间较大的摩擦系数差，导致羊毛纤维易推向或拉向它的根部，因此洗涤时羊毛纤维受机械力作用，在一个方向上每次少量的蠕动位移的累积，造成羊毛纤维卷曲缠结，宏观上表现出织物发生不可逆毡化收缩。

树脂整理是将聚合物沉积于羊毛纤维表面遮盖鳞片层，达到减少顺逆摩擦差的目的。

水性ＰＵ羊毛防缩剂具有优良的防缩效果，是树脂遮盖鳞片层降低定向摩擦系数和纤维之间存在粘接点阻碍纤维相互移动，这两者双重作用的结果［１１］。

２．２　整理工艺水性ＰＵ羊毛防缩剂用于羊毛织物防缩整理主要有两种方法：浸轧法和吸尽法。

羊毛织物浸轧防缩液前必须进行预清洗。

浸轧法工艺流程：坯布→二浸二轧（轧余率７０％～８０％）→烘干→汽蒸（１００～１０５℃，３ｍｉｎ）　→拉幅定型。

吸尽法工艺用于针织匹头织物（全成形物），如套衫长袜及绞纱的防缩整理。

这种整理需在顶浆式染机或椭园槽浆翼漂染机内或转筒染色机中进行。

　吸尽法工艺流程：预处理→吸收→交联（ｐＨ＝８，６０℃　３０ｍｉｎ）　→酸化（ｐＨ＝５～６，１０ｍｉｎ）　→柔软处理→水→干燥→汽蒸定型。

２．３　研究进展安徽大学开发的ＳＵＷ－２水性ＰＵ羊毛防缩剂已成功地用于全毛针织内衣坯布、羊毛衫以及全毛机织衬衫面料等羊毛织物的防缩整理。

防缩效果经国家毛纺织产品质量监督检验中心（上海）按国际羊毛局ＩＷＳＴＭ３１标准测试，■ＰＵ技术均达到国际羊毛局规定的“机可洗”标准［１１］。

王伟锋等［１２］将ＩＰＤＩ与聚醚多元醇反应合成预聚体，然后分别采用焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢铵等封端剂进行封端，得到３种水性羊毛防毡缩剂。

结果表明，采用焦亚硫酸钠封端的羊毛防毡缩剂的成膜性和分散性好、表面张力小、储存稳定，防毡缩效果可达到ＩＷＳ机可洗标准。

余文骊［１３］以ＩＰＤＩ和聚醚三元醇（ＧＥ３ｌＯ）为基本原料，选用乙醇和异丙醇混合溶剂。

实现亚硫酸氢钠对异氰酸酯的良好封端．合成了热反应型水性聚氨酯。

使用该聚氨酯对羊毛织物进行防缩整理，毡化收缩丰达到国际羊毛局规定的机可洗标准。

胡震等［１４］以ＩＰＤＩ和聚醚多元醇（ＧＥＰ－３３０Ｎ和ＰＥ－６２００）为基本原料，通过用ＮａＨＳＯ３封端的方法，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，获得良好的防毡缩效果及手感。

３、抗起球起毛剂３．１　抗起球起毛机理纯棉针织物经过煮漂、染色、整理等加工，其表面会产生许多绒毛，加之静电作用，穿着一段时间后织物表面会起毛起球，影响美观和舒适感［１５］。

涤棉混纺针织物则是在服用和洗涤过程中，由于不断受到摩擦，起毛起球现象严重，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效的方法。

其原理是，利用树脂可在纤维表面交联网状成膜的功能，使纤维表面包裹一层耐磨的树脂膜，减弱纤维间的滑移；同时，树脂均匀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［１６］。

对织物进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。

３．２　整理工艺采用浸轧法工艺，工艺流程：织物浸轧（抗起毛起球剂１００　ｇ／Ｌ，一浸一轧，轧余率８０％）　→预烘（１００℃，３ｍｉｎ）→焙烘（１３０℃，３ｍｉｎ）３．３　研究进展周世香等［１７］采用水溶性聚氨酯作为抗起毛起球整理剂。

它使用水溶性化合物作异氰酸基的保护剂，是一种很稳定的水溶性树脂。

将该树脂施加到织物上后。

经热处理使保护剂脱离，反应性异氰酸基使树脂自身交联形成网状结构，失去了水溶性，成为耐水和耐溶剂性很强的树脂薄膜。

织物经水溶性Ｐｕ处理后，织物表面起毛起球现象大大降低，起毛起球等级由原来的１－２级提高到４级以上，且整理后织物无游离甲醛释放。

施剑等［１８］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分子中的网状化程度、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，对涤棉针织物进行整理，可使织物的起毛起球等级从１．５级提高到４级，且织物的手感不受影响。

袁友飞等［１９］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等级可提高ｌ一２级，抗静电性能也有所提高，手感良好。