不同相对分子质量PEG制备DDI型水性聚氨酯及其织物整理应用

２０１１年第２６卷第４期　聚氨酯工业　２０１１．Ｖｏ１．２６　Ｎｏ．４　Ｐ０ＬＹＵＲＥＴＨＡＮＥ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　・３７・　不同相对分子质量ＰＥＧ制备ＤＤＩ型水性聚氨酯　及其织物整理应用　茅沈杰　李战雄　成丽　（１．苏州大学纺织与服装工程学院２１５０２１）（２．现代丝绸国家工程实验室　苏州２１５０２１）　摘要：以二聚脂肪酸二异氰酸酯（ＤＤＩ）、不同相对分子质量的聚乙二醇（ＰＥＧ）、二羟甲基丙酸　（ＤＭＰＡ）为主要原料，采用丁酮法制备预聚体，然后在乳化剂存在下制咸水性聚氨酯（ＷＰＵ）。研　究了ＰＥＧ相对分子质量对ＷＰＵ的影响以及其应用到织物整理上的效果。结果表明，当ＰＥＧ相对　分子质量为１０００和１５００时，ＤＤＩ型水性聚氨酯整理织物整理效果最佳。　关键词：二聚脂肪酸二异氰酸酯；聚乙二醇；水性聚氨酯；织物整理　中图分类号：ＴＱ　３２３．８　文献标识码：Ａ　文章编号：１００５—１９０２（２０１１）０４—００３７—０３　水性聚氨酯（ＷＰＵ）具有安全、环保、节能和使　用方便等优点，得到了广泛的应用，是当今聚氨酯发　１实验部分　展的重要方向＿１ｊ。ＷＰＵ作为织物整理剂应用于天　１．１实验原料及仪器　然纤维和合成纤维织物，可以使手感、抗皱性能、织　二聚脂肪酸二异氰酸酯（ＤＤＩ），实验室自制；聚　物强力等多项性能得到改善　Ｊ。　乙二醇（ＰＥＧ，Ｍ　＝４００～２０００）、二羟甲基丙酸（ＤＭ．　二聚脂肪酸二异氰酸酯（ＤＤＩ）属于长碳链脂肪　ＰＡ）、三乙胺，化学纯，国药集团化学试剂有限公司；　族二异氰酸酯　Ｊ，由于国内没有生产能力，少有其　丁酮，分析纯，上海强顺化工有限公司；十二烷基硫　应用研究报道。国外研究结果表明Ｉｓ］，ＤＤＩ是二异　酸钠，９８％，上海誉美化工有限公司；脂肪醇聚氧乙　氰酸酯中少有的低毒品种，用于制备聚氨酯可以大　烯醚（ＡＥＯ．９），工业级，上海源丰化工有限公司；纯　大改善操作环境以及制品本身的环保性能。此外，　棉坯布（２０×１６），无锡盛耀纺织有限公司。　ＤＤＩ是一种中等活性的二异氰酸酯，其反应性比甲　高剪切分散乳化机，ＦＭ２００型，上海弗鲁克流体　苯二异氰酸酯（ＴＤＩ）等芳香族二异氰酸酯低得多，　机械制造有限公司；激光粒度分析仪，ＨＰＰ５００１型，英　但又高于常用的脂肪族二异氰酸酯如异佛尔酮二异　国马尔文公司；全自动白度计，ＷＤ．５型，北京兴光测　氰酸酯（ＩＰＤＩ）等＿６　Ｊ，用于聚氨酯的制备具有更好的　色仪器公司；扫描电子显微镜，Ｓ－５７０型，日本日立公　工艺调节性能。将ＤＤＩ应用于制备聚氨酯材料，不　司；ＬＦＹ．１Ａ型织物折痕恢复性测定仪、ＹＧ０２６Ｂ型电　仅可以克服芳香族聚氨酯的耐候性差、容易黄变的　子织物强力仪，常州市第二纺织机械厂。　缺点，ＤＤＩ特有的脂肪族长碳链还可提供非常优越　１．２　ＷＰＵ的制备　的成膜性能。预示着ＤＤＩ型聚氨酯具有广阔的应　１．２．１　ＰＵ预聚体的制备　用前景。　ＰＥＧ、ＤＭＰＡ在１２０℃的真空干燥箱中干燥　本研究以ＤＤＩ、不同相对分子质量的聚乙二醇　２　ｈ，放入干燥器内备用。在装有电动搅拌器和回流　（ＰＥＧ）、ＤＭＰＡ为主要原料，采用丁酮法制备ＰＵ预　冷凝管的三口烧瓶中，加入０．２　ｔｏｏｌ经脱水的ＰＥＧ，　聚体，在＃ｔ－￣－ｋ化剂的存在下，制备了ＤＤＩ型ＷＰＵ，并　加入适当溶剂丁酮溶解及调节反应的粘度，升温至　对其制备ＷＰＵ的稳定性和对棉织物整理进行了探　８０℃时，加入占单体质量分数１０％的ＤＭＰＡ作为亲　索和应用，测试了整理后棉织物的其它综合性能。　水扩链剂，然后滴加入０．２５　ｍｏｌ的ＤＤＩ，恒温搅拌反　应约２　ｈ，制得ＮＣＯ基质量分数为３．２４％一５．５１％　・３８・　聚氨酯工业　第２６卷　的ＰＵ预聚体。　１．２．２　ＰＵ预聚体的乳化　醇和聚醚三元醇。本研究主要选用不同相对分子质　量的ＰＥＧ，合成了系列ＤＤＩ型ＷＰＵ，并分别对ＤＤＩ　型ＷＰＵ进行了性能测试，结果见表１。　表１　ＰＥＧ相对分子质量对ＷＰＵ性能的影响　本研究由于乳液中含有少量ＮＣＯ基团，因此，　在实验过程中所采用的ＰＵ预聚体现用现乳化。　以十二烷基硫酸钠与ＡＥＯ－９按一定比例复配，　加入去离子水，用高剪切乳化机进行预乳化３　ｍｉｎ，　加入ＰＵ预聚体乳化１０　ｍｉｎ。经减压蒸馏脱除丁　酮，制得固体质量分数为１５％的ＷＰＵ。　１．３织物整理　整理配方：一定量的ＷＰＵ整理剂、三乙胺（调　节ｐＨ值６～８）、去离子水组成的整理液。　二浸二轧（整理液浓度１００　ｇ／Ｌ，轧液率约为　１００％，浴比１：２０，室温下浸、轧）一预烘（９Ｏ℃，　从表１可以看出，５种不同相对分子质量ＰＥＧ合　成的ＷＰＵ的稳定性均比较好。但随着ＰＥＧ相对分　３　ｍｉｎ）一焙烘（１６０℃，３　ｍｉｎ）一水洗一烘干。　１．４性能测试　子质量的增加，预聚体乳液的平均粒径随之变大，　ＷＰＵ外观也从半透明转为乳白色。这说明乳液粒径　离心加速沉降测试乳液稳定性，以３０００　ｒ／ｒａｉｎ　离心沉降１５　ｍｉｎ，如无沉降，可以认为有６个月的储　存稳定期；白度按ＧＢ／Ｔ　８４２５—１９８７方法测定；折皱　回复角按照ＧＢ／Ｔ　３８１９－－１９９７方法测定；断裂强度　按照ＧＢ／Ｔ３９２３．１一ｌ９９７方法测定；手感最佳者的　柔软性规定为５级，未整理织物的柔软性规定为１　越小，乳液的透光率越好，稳定性也好。经焙烘处理　后，在织物表面形成的薄膜就越均匀、致密，对织物的　整理效果就越好。因此，根据坯布纤维处理要求，选　择ＰＥＧ相对分子质量在１５００以下、平均粒径１００　ｎｍ　左右较好。　级，至少３人主观评定打分，取平均值。　２结果与讨论　２．１　ＰＥＧ相对分子质量对ＷＰＵ性能的影响　２．２　ＷＰＵ整理效果比较　２．２．１扫描电镜　图１为未整理的棉纤维和由样品１　～５　整理后　的棉纤维的扫描电镜图。　合成水性聚氨酯常用的聚醚多元醇为聚醚二元　未整理　脚啊　图１整理前后扫描电镜图　由图１可知，棉纤维经整理后，表面变的较光滑，　形成了一层致密且较均匀的膜，该膜包裹在纤维表　相对较差，这可能由于乳液分子较大，没能进入织物　的纤维表面（特别是棉纤维腰圆型的内侧）。由此表　明，当ＰＥＧ相对分子质量较大，整理后分子间与纤维　的交联反应发生困难，而纤维表面均匀程度变差。　２．２．２整理前后防皱性能　面，使得纤维之间的摩擦系数下降，因而能获得柔软、　丰满的手感。其中样品１　、２　、３　整理的棉纤维表面　光滑，聚氨酯乳液分布均匀；样品４　整理的棉纤维表　面相对光滑，但聚氨酯乳液分布均匀性下降；而样品　５　整理的棉纤维表面光滑度及水性聚氨酯乳液分布　不同ＤＤＩ型ＷＰＵ乳液对织物防皱整理效果见　表２。　第４期　茅沈杰，等・不同相对分子质量ＰＥＧ制备ＤＤＩ型水性聚氨酯及其织物整理应用　・３９・　表２不同相对分子质量的ＰＥＧ整理前后折皱回复角　减小了纤维的受力不匀，故断裂强度有所提高。　综合结果表明，ＰＥＧ相对分子质量为１０００（３　）　和１５００（４　）制备ＤＤＩ型ＷＰＵ整理织物效果最佳。　３结论　从表２可知，整理后棉织物的折皱回复角得到　了很大程度的提高，获得了耐久的防皱整理效果。　水性ＰＵ在整理的过程中，异氰酸酯基团与纤维大　分子中的羟基反应，在纤维上形成柔性交联结构，赋　予整理后织物的抗皱性和弹性。由此表明，４　和５　整理后棉织物的抗皱效果较好。　２．２．３整理前后织物其它综合性能　．　（１）以不同相对分子质量的ＰＥＧ和ＤＤＩ为原　料，制备Ｐｕ预聚体，再采用外乳化法合成了ＷＰＵ，　ＰＥＧ相对分子质量在１５００以下、平均粒径１００　ｎｍ　左右，ＷＰＵ稳定性较好。　（２）制备的ＤＤＩ型ＷＰＵ用于织物整理后，棉　纤维表面光滑、手感好，以ＰＧＥ相对分子质量分别　为１０００和１５００的最佳；折皱回复角明显提高，其中　以ＰＧＥ相对分子质量分别为１５００、２０００整理后的　整理前后织物其它综合性能变化见表３。　表３织物其它综合性能　棉织物抗皱效果较好；织物断裂强度随着ＰＥＧ相对　分子质量的增加有所增加，手感柔软最高可达４级，　但白度略有下降。　参考文献　１　Ｂｙｕｎｇ　Ｋ　Ｋ，Ｊａｎｇ　Ｗ　Ｓ，Ｈａｎ　Ｍ　Ｊ．Ｍｏｏｈｏｌｏ￣ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒｂｏｎｅｒ　ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ／ｃｌａｙ　ｎａｎｏｃｏｍｐｏ　ｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｐｏｌｙ—　ｍｅｔ　Ｊｏｕｒｎａｌ，２００３，３９（１）：８５—９１　２周善康，林健青，许一婷，等．水性聚氨酯研究（一）［Ｊ］．粘接，　２００１，２２（１）：２１—２４　３李建宗，李士杰．聚氨酯乳液的应用及研究进展［Ｊ］．聚氨酯工　由表３可知，整理后白度略有下降，但对织物白　度影响不大，这是由于合成的整理剂分子结构不形　成共轭发色体系。织物的断裂强度不论是经向还是　业，１９９７，１２（４）：ｌ１一ｌ４　４谢富春，余东升，张玉清，等．影响聚醚型聚氨酯预聚体合成的　因素［Ｊ］．涂料工业，２００６，３６（７）：３６—３９　５徐馨才．二聚脂肪酸二异氰酸醋及其应用［Ｊ］．推进技术，１９８８　（４）：５５—６１　纬向都有所提高，原因是水性Ｐｕ分子链较长，具有　优良的弹性，结构中含有硬段和较大比例的软段，使　得纤维具有柔顺性，在受到外力作用时，分子链段可　以通过滑移来补偿和平衡各个分子链的应力分布，　６卢啸肠，王炜．封端型水性聚氨酯的合成及应用研究［Ｊ］．印染　助剂，２０１０，２７（５）：２６—２９　收稿日期２０１１—０４—１１　修回日期２０１１一Ｏ６—１Ｏ　Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＤＤＩ—Ｔｙｐｅ　Ｗａｔｅｒｂｏｒｎｅ　Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ　ｂｙ　ＰＥＧ　ｗｉｔｈ　Ｖａｒｉｏｕｓ　Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｗｅｉｇｈ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｆａｂｒｉｃ　Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ　Ｍａｏ　Ｓｈｅｎｊｉｅ。Ｌｉ　Ｚｈａｏｘｉｏｎｇ　＿　Ｃｈｅｎｇ　Ｌｉ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｔｅｘｔｉｌｅ　ａｎｄ　Ｃｌｏｔｈｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｏｃｈｏｗ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２１５０２１，Ｃｈｉｎａ）　（２．Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｍｏｄｅｒｎ　Ｓｉｌｋ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｓｕｚｈｏｕ　２１５０２１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ　ｂｕｔａｎｏｎｅ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ　ａｌｉｐｈａｔｉｃ　ｗａｔｅｒｂｏｒｎｅ　ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ　ｐｒｅｐｏｌｙｍｅｒ　ｗａｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｆａｔｔｙ　ａｃｉｄ　ｄｉｍｅｒ　ｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ（ＤＤＩ），ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｇｌｙｃｏｌ（ＰＥＧ）ａｎｄ　ｄｉｍｅｔｈｙｌｏｌ　ｐｒｏｐｉｏｎｉｃ　ａｃｉｄ（ＤＭＰＡ）．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ・　ｂｏｒｎｅ　ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ　ｅｍｕｌｓｉｏｎ　ｗａｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｅｍｕｌｓｉｉｆｅｒ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｗｅｉｇｈｔ　ＰＥＧ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｍｕ１．　ｓｉｏｎ　ａｎｄ￣ｂｒｉｃ　ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ￣ｂｒｉｃ　ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ　ｂｙ　ＤＤＩ．ｔｙｐｅ　ｗａｔｅｒ．　ｂｏｒｎｅ　ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ　ｗａｓ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ，ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｗｅｉｇｈｔ　ｏｆ　ＰＥＧ　ｗａｓ　１０００　ａｎｄ　１５００．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆａｔｔｙ　ａｃｉｄ　ｄｉｍｅｒ　ｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ；ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｇｌｙｃｏｌ；ｗａｔｅｒｂｏｎｅ　ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ；ｆａｂｒｉｃ　ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ　作者简介茅沈杰　男，１９８６年出生，硕士研究生，研究方向为聚氨酯合成、改性及织物整理应用