热反应型水性聚氨酯用于羊毛防缩整理的研究

查刘生 吴明元 杨建军 (安徽大学 台肥230039)

【摘要】 使用热反应型水性聚氨酯对羊毛织物进行防缩整理，毡化收缩率达到国际羊毛局规定的机可洗标准，其它性能均良好。整理过程中影响羊毛织物防缩效果的主要因素有：羊毛的酸碱度.整理液pH值，热处理条件，树脂在纤维上的附着量。

【关键词】热反应型 水性聚氨酯 羊毛织物 防缩整理 毡化收缩率

利用聚氨酯(PU)树脂覆盖于羊毛纤维表面，可使羊毛织物获得极佳的防缩效果。国外开始是将端异氰酸酯基(NCO)PU预聚体溶解在有机溶剂中使用[1]，这类防缩剂最早出现的商品牌号是Synthappret LKF。由于使用有机溶剂，造成环境污染，对操作人员健康有害。如果回收溶剂，设备投资大，生产成本高。因此七十年代末又研究了水性聚氨酯羊毛防缩剂[2]，并很快商品化，代表性牌号有：德国的Synthappret BAP，澳大利亚的Sirolan BAP，日本的Elastron BAP。其中树脂是亚硫酸氢钠(NaHS03)对PU预聚体的封闭物，当它涂覆到羊毛纤维表面后，通过加热即发生解封，重新生成带NC0基团的预聚体，遇水再继续发生交联反应或与羊毛分子链上某些官能团(如NH2、OH、SH等)产生键合反应，形成具有交联网络结构的弹性膜，因此将这类防缩剂称为热反应型水性聚氨酯羊毛防缩剂。国内已有人做过热反应型水性PU的研制工作[3]，但将它用于羊毛防缩整理的研究未见报道。我们成功地合成了热反应型水性聚氨酯[4]，本文现就它在羊毛防缩整理方面的应用研究工作做些介绍。

l 实验部分

1.1 原料与整理液配方

1.1.1 原料

热反应型聚氨酯水溶液，自制，一般性能如下：

阴离子型羟基硅油乳液,含油量28%,蚌埠化工所产；

BX渗透剂，米色粉末.上海助剂厂产，

碳酸氢钠(NaHCO3)为化学纯试剂；

羊毛织片，精纺32／2S。含毛量100％。

1.1. 1.1. 2整理液配方

浴比 1︰40

1.2整理工艺

L1.2.1 织片的pH调节

1.2.1.1 pH测定

将2g羊毛织片浸泡于100m1蒸馏水中，搅拌约1h后，用pH计测定水的pH值。

1.2.1.2 pH调整

织片的pH值在6以下时，要将其调至接近中性(pH＝7±1.0)。将织片浸泡于2g／L (pH在3-4的极低情况下用3g／L) NaHCO3溶液中，完全润湿后再进行脱水、干燥(120℃×6min)。织片不易润湿时，要添加渗透剂。

1.2.2 整理工艺流程

配制整理液→毛织片浸湿→离心脱水(轧余率60％-80％) →热处理(130℃×8min)→热水洗(70℃×10min)→干燥(120℃×6min)→成品

1. 3性能测试

整理液pH值用PHS-2型pH计(上海产)测定。

羊毛织物机洗后松弛及毡化收缩率根据GBll05l-89标准，在Y(B)089型全自动缩水率试验机(浙江温州产)上测定，该标准等效于国际羊毛局IWS TM 3l-1983标准。

羊毛织物顶破强度按GB7742标准测定，腋下强力按GB8687标准测定，起球按GB4802.3标淮测定，染色牢度分别按GB8

羊毛纤维表面形貌用日本产X-650型扫描电镜观察，放大倍数1500。

2 结果与讨论

2.1 防缩整理原理与基本化学反应

一般认为，羊毛织物毡缩主要是由羊毛纤维表面的鳞片结构所引起的。在羊毛纤维表面含有定向排列的鳞片结构(见图1)、极易产生定向摩擦效应(D.F.E)，引起羊毛纤维的相互缠结，从而产生毡化收缩。因此羊毛织物防缩整理方法的基本原理是建立在如何减小D.F.E的基础上。通常有两种方法：

(1)通过氧化剂的氧化作用破坏羊毛的鳞片层；

(2)采用聚合物覆盖鳞片层.

方法(1)对羊毛纤维有损伤，影响其它性能，如强度、色泽、手感等。另外防缩效果不稳定，因此逐渐被方法(2)代替。

使用PU树脂作为羊毛纤维表面的成膜物，是由于PU具有独特的分子结构，分子链由柔性链段和硬链段交替构成。PU在其它织物整理上的应用已显示出诸多优点：涂层薄，弹性大，粘着性好，手感柔软，耐磨性好.还可形成很薄的微孔性膜，具有透湿、透气性等特点。

我们合成的热反应型水性PU为下列结构：

I是一种离子型聚合物，因此具有良好的水溶性。其中-NHCOSO3-Na+离子基团在碱性条件下通过加热可解封为NCO基团，I生成预聚Ⅱ:

Ⅱ中NC0基团遇水生成胺(NH2)基团:

由于I为三官能度，当它涂覆到羊毛纤维表面后，在碱性条件下通过加热即形成具有交联网络结构的聚合物膜。另外，I中NCO基团反应活性很高.也可与羊毛纤维表面OH、NH2、SH等基团发生下列反应：

结果使聚合物与羊毛纤维之间形成化学键连接，两者产生更牢固的结合，保证羊毛织物防缩耐久性好。

2.2 羊毛的酸碱度对防缩效果的影响

使用热反应型水性聚氨酯对羊毛织物进行防缩整理时，羊毛上所带有的酸

表1 羊毛的酸酸度对防缩效果的影响*

*整理液pH＝7.3.热处理条件：130℃×8min

2.3 整理液pH值对防缩效果的影响

我们通过试验曾得出结论[5]，热反应型水性PU只有在碱性条件下才能发生解封反应。因此在进行羊毛防缩整理时，整理液的pH值必须大于7，否则对织物基本上不起防缩作用，表2试验结果证明了这一点。

表2 整理液pH值对防缩效果的影响*

*毛织片pH=6.5，树脂附着量1.8-2.2％.

**NaHCO3用量以在每升整理液中的克数来表示

2.4 热处理条件对防缩效果的影响

使用热反应型水性聚氨酯对羊毛进行防缩整理时，热处理温度和时间也是影响防缩效果的重要因素，试验结果如表3所示。

表3 热处理温度和时间对防缩效果的影响*

*毛织片pH＝6.6，树脂附着量1.8％-2.2%，整理液pH＝7.3。

在热处理过程中，羊毛纤维表面树脂温度是逐步上升的，可分为两个阶段；第一阶段，水份受热挥发，树脂温度＜l00℃，只有少量RNHCOSO3-Na+解封.树脂没有形成交联结构，热处理温度越低，这一段的时间就越长。第二阶段羊毛纤维表面只有微量水份存在，树脂温度很快与热处理温度达到平衡，随即发生解封，交联以及与羊毛的键合反应，纤维表面形成具有交联结构的聚合物膜，热处理温度越高，完成交联反应所需的时间就越短。因此热处理温度过低或时间太短，都会使交联反应进行得不完全，最终影响羊毛织物的防缩效果。通过试验我们确定热处理条件为l 30-140℃×8min。

2． 2． 5树脂附着量对防缩效果的影响

图2 树脂固着量与毡化收缩率的关系

树脂附着量为l00%羊毛纤维上所附着的树脂的克数，可按下式计算：

树脂附着量(％)=防缩剂在整理液中的浓度(％)×防缩剂固含量(％)×轧余率(％)

其中轧余率(％)＝[(离心脱水后毛织片重-干毛织片重)／干毛织片重]100％

使用热反应型水性聚氨酯对羊毛织物进行防缩整理时，只有当羊毛纤维上树

2.6全面性能测试结果

我们对整理前后的羊毛纤维做了红外光谱测试，从两者的差谱图(见图3)上可以看到1075cm-1处有-C-O-C-基团吸收峰，1162cm-1 处有较强的-NH-C(=O)-基团中碳基吸收峰，表明羊毛纤维上有聚醚型聚氨酯存在。另外从整理后羊毛的扫描电镜照片上(见图4)也可以看出羊毛纤维表面被树脂覆盖，与图l比较，鳞片层基本看不见。

图3 羊毛整理前后红外光谱的差谱图

使用热反应型水性PU解决羊毛织物的毡缩问题时.也应考虑到整理后可能存在的负效应。为此我们对整理后的羊毛衫进行全面性能测试，结果如表4所示。所有性能均达到FZ73003-9l标准，其中松弛收缩和毡化收缩指标达到国际羊毛局[I.W.S]机可洗标难。

表4 羊毛衫整理后全面性能测试结果

*依据FZ73003-9l标准

聚氨酯树脂本身具有较好的柔韧性。如果与一定量的聚硅氧烷混合，对羊毛进行防缩整理，整理后的织物防缩效果不变.手感与纯羊毛基本接近。

3. 结论

3.1 用热反应型水性聚氨酯整理的羊毛织物，其毡化收缩率达到国际羊毛局(I.W.S)规定的机可洗标准，其它性能测试结果均符合FZ73003-91标准。织物手感与纯羊毛接近，弹性增加，抗皱性提高。

3.2 整理过程中影响羊毛织物防缩效果的主要因素有：羊毛的酸碱度：整理液pH值；热处理条件;树脂在羊毛纤维上的附着量等。

3.3 与其它树脂不同[6-7]，整理过程中无需对羊毛进行氧化预处理，避免了羊毛受损伤以及整理工艺上的繁琐。另外对环境没有污染，对操作人员健康无害。

致谢：羊毛织物松驰收缩率、面积毡化收缩率、顶破强度、腋下强力、起球、色牢度等项目测试工作，由安徽省纺织产品质量监督检验测试中心陆惠芬高级工程师和郑世玲工程师完成，在此表示感谢。

参考文献

[1] Jackson MB etal.

[2] Rushforth MA etal. 13-The Curing of Sirolan BAP Treatments on wool Fabrics. J. Text. Inst. 1980.7l (3);121

[3] 丁伟峰等,水溶性聚氨酯的制备.聚氨酯工业，1991，(3)；13

[4] 查刘生等,热反应型水性聚氨酯羊毛防缩剂的研制. 精细化工，199 5，待发表

[5] 查刘生等,聚氨甲酰基磺酸盐水溶液凝胶机理的探讨.安徽大学学报(自然科学版)，1995，待发表

[6] 何蓉蓉等,水性聚氨酯羊毛防缩剂的研制及应用,杭州化工，1991，(4)：1

[7] 张勇力,羊毛衫防缩剂MH的合成及应用.安徽化工，1990，(3);31