熱反應型水性聚氨酯用于羊毛防縮整理的研究
查劉生 吳明元 楊建軍 (安徽大學 臺肥230039)
【摘要】 使用熱反應型水性聚氨酯對羊毛織物進行防縮整理，氈化收縮率達到國際羊毛局規定的機可洗標準，其它性能均良好。整理過程中影響羊毛織物防縮效果的主要因素有：羊毛的酸堿度.整理液pH值，熱處理條件，樹脂在纖維上的附著量。
【關鍵詞】熱反應型 水性聚氨酯 羊毛織物 防縮整理 氈化收縮率
利用聚氨酯(PU)樹脂覆蓋于羊毛纖維表面，可使羊毛織物獲得極佳的防縮效果。國外開始是將端異氰酸酯基(NCO)PU預聚體溶解在有機溶劑中使用[1]，這類防縮劑最早出現的商品牌號是Synthappret LKF。由于使用有機溶劑，造成環境污染，對操作人員健康有害。如果回收溶劑，設備投資大，生產成本高。因此七十年代末又研究了水性聚氨酯羊毛防縮劑[2]，并很快商品化，代表性牌號有：德國的Synthappret BAP，澳大利亞的Sirolan BAP，日本的Elastron BAP。其中樹脂是亞硫酸氫鈉(NaHS03)對PU預聚體的封閉物，當它涂覆到羊毛纖維表面后，通過加熱即發生解封，重新生成帶NC0基團的預聚體，遇水再繼續發生交聯反應或與羊毛分子鏈上某些官能團(如NH2、OH、SH等)產生鍵合反應，形成具有交聯網絡結構的彈性膜，因此將這類防縮劑稱為熱反應型水性聚氨酯羊毛防縮劑。國內已有人做過熱反應型水性PU的研制工作[3]，但將它用于羊毛防縮整理的研究未見報道。我們成功地合成了熱反應型水性聚氨酯[4]，本文現就它在羊毛防縮整理方面的應用研究工作做些介紹。
l 實驗部分
1.1 原料與整理液配方
熱反應型聚氨酯水溶液，自制，一般性能如下：
| 外觀 無色透明液體 氣味 輕微果香味 pH值 6.0 固含量(％) 20 粘度(mPa& middot;s) 23.5 貯存期(月) ＞12 |
陰離子型羥基硅油乳液,含油量28%,蚌埠化工所產；
BX滲透劑，米色粉末.上海助劑廠產，
碳酸氫鈉(NaHCO3)為化學純試劑；
羊毛織片，精紡32／2S。含毛量100％。
1.1.
浴比 1︰40
| 羊毛織片 100 熱反應型聚氨酯水溶液 380 陰離子型羥基硅油乳液 80 NaHCO3 12 BX滲透劑 4 水 3300 |
1.2整理工藝
L
將
織片的pH值在6以下時，要將其調至接近中性(pH＝7±1.0)。將織片浸泡于
配制整理液→毛織片浸濕→離心脫水(軋余率60％-80％) →熱處理(130℃×8min)→熱水洗(70℃×10min)→干燥(120℃×6min)→成品
1. 3性能測試
整理液pH值用PHS-2型pH計(上海產)測定。
羊毛織物機洗后松弛及氈化收縮率根據GBll
羊毛織物頂破強度按GB7742標準測定，腋下強力按GB8687標準測定，起球按GB4802.3標淮測定，染色牢度分別按GB8
羊毛纖維表面形貌用日本產X-650型掃描電鏡觀察，放大倍數1500。
2 結果與討論
2.1 防縮整理原理與基本化學反應
一般認為，羊毛織物氈縮主要是由羊毛纖維表面的鱗片結構所引起的。在羊毛纖維表面含有定向排列的鱗片結構(見圖1)、極易產生定向摩擦效應(D.F.E)，引起羊毛纖維的相互纏結，從而產生氈化收縮。因此羊毛織物防縮整理方法的基本原理是建立在如何減小D.F.E的基礎上。通常有兩種方法：
(1)通過氧化劑的氧化作用破壞羊毛的鱗片層；
(2)采用聚合物覆蓋鱗片層.
方法(1)對羊毛纖維有損傷，影響其它性能，如強度、色澤、手感等。另外防縮效果不穩定，因此逐漸被方法(2)代替。
使用PU樹脂作為羊毛纖維表面的成膜物，是由于PU具有獨特的分子結構，分子鏈由柔性鏈段和硬鏈段交替構成。PU在其它織物整理上的應用已顯示出諸多優點：涂層薄，彈性大，粘著性好，手感柔軟，耐磨性好.還可形成很薄的微孔性膜，具有透濕、透氣性等特點。
我們合成的熱反應型水性PU為下列結構：
I是一種離子型聚合物，因此具有良好的水溶性。其中-NHCOSO3-Na+離子基團在堿性條件下通過加熱可解封為NCO基團，I生成預聚Ⅱ:
Ⅱ中NC0基團遇水生成胺(NH2)基團:
由于I為三官能度，當它涂覆到羊毛纖維表面后，在堿性條件下通過加熱即形成具有交聯網絡結構的聚合物膜。另外，I中NCO基團反應活性很高.也可與羊毛纖維表面OH、NH2、SH等基團發生下列反應：
結果使聚合物與羊毛纖維之間形成化學鍵連接，兩者產生更牢固的結合，保證羊毛織物防縮耐久性好。
2.2 羊毛的酸堿度對防縮效果的影響
使用熱反應型水性聚氨酯對羊毛織物進行防縮整理時，羊毛上所帶有的酸
表1 羊毛的酸酸度對防縮效果的影響*
| 織片pH值 | 樹脂附著量(％) | 面積氈化收縮率(％) |
| 4.5 | 0 | 53.7 |
| 4.5 | 1.9 7 | 26.5 |
| 7.0 | 1.74 | 2.4 |
*整理液pH＝7.3.熱處理條件：
2.3 整理液pH值對防縮效果的影響
我們通過試驗曾得出結論[5]，熱反應型水性PU只有在堿性條件下才能發生解封反應。因此在進行羊毛防縮整理時，整理液的pH值必須大于7，否則對織物基本上不起防縮作用，表2試驗結果證明了這一點。
表2 整理液pH值對防縮效果的影響*
| NaHCO3用量(g／L)** | 整理液 pH值 | 整理液形成凝膠的時間 (h， | 面積氈化 收縮率(%) |
| 0 | 6.5 | ＞73 | 39.8 |
| 1 | 6.8 | 52 | 21.4 |
| 2 | 7.0 | 30 | 8.5 |
| 3 | 7.3 | 24 | 2.9 |
| 4 | 7.5 | 20 | 2.8 |
| 5 | 8.0 | 15 | 1.7 |
*毛織片pH=6.5，樹脂附著量1.8-2.2％.
**NaHCO3用量以在每升整理液中的克數來表示
2.4 熱處理條件對防縮效果的影響
使用熱反應型水性聚氨酯對羊毛進行防縮整理時，熱處理溫度和時間也是影響防縮效果的重要因素，試驗結果如表3所示。
表3 熱處理溫度和時間對防縮效果的影響*
| 熱處理溫度(℃) | 熱處理時間(min) | 面積氈化收縮率(%) |
| 90 | 8 | 20.9 |
| 110 | 8 | 13.7 |
| 130 | 8 | 2.9 |
| 140 | 8 | 0.85 |
| 130 | 6 | 8.4 |
| 130 | 4 | 15.2 |
*毛織片pH＝6.6，樹脂附著量1.8％-2.2%，整理液pH＝7.3。
在熱處理過程中，羊毛纖維表面樹脂溫度是逐步上升的，可分為兩個階段；第一階段，水份受熱揮發，樹脂溫度＜l
2． 2． 5樹脂附著量對防縮效果的影響
圖2 樹脂固著量與氈化收縮率的關系
樹脂附著量為l00%羊毛纖維上所附著的樹脂的克數，可按下式計算：
樹脂附著量(％)=防縮劑在整理液中的濃度(％)×防縮劑固含量(％)×軋余率(％)
其中軋余率(％)＝[(離心脫水后毛織片重-干毛織片重)／干毛織片重]100％
使用熱反應型水性聚氨酯對羊毛織物進行防縮整理時，只有當羊毛纖維上樹
2.6全面性能測試結果
我們對整理前后的羊毛纖維做了紅外光譜測試，從兩者的差譜圖(見圖3)上可以看到
圖3 羊毛整理前后紅外光譜的差譜圖
使用熱反應型水性PU解決羊毛織物的氈縮問題時.也應考慮到整理后可能存在的負效應。為此我們對整理后的羊毛衫進行全面性能測試，結果如表4所示。所有性能均達到FZ73003
表4 羊毛衫整理后全面性能測試結果
| 測試項目 | 標準值* | 實測值 | ||
| 面積氈化收縮(％) | ≤8 | 2.8 | ||
| 松弛收縮 | 長度(％) | ≤10 | 0.3 | |
| 寬度(％) | ≤8 | 0.3 | ||
| 頂破強度[kPa ] | ≥294 | 584 | ||
| 腋下強力(N) | ≥68.6 | 97.0 | ||
| 起球(級) | ≥2-3 | 2-3 | ||
| 耐洗 | 原祥變化(級) | 3 | 3 | |
| 毛布沾色(級) | 3 | 4-5 | ||
| 棉布沾色(級) | 3 | 4 | ||
| 耐汗漬 | 原樣變化(級) | 3 | 4 | |
| 毛布沾色(級) | 2-3 | 4-5 | ||
| 棉布沾色(級) | 2-3 | 3 | ||
| 耐水漬 | 原樣變化(級) | 3 | 4 | |
| 毛布 沾色(級) | 2-3 | 4-5 | ||
| 棉布沾色(級) | 3 | 3 | ||
| 干摩(級) | 3 | 4 | ||
| 濕摩(級) | 2-3 | 2-3 | ||
*依據FZ73003
聚氨酯樹脂本身具有較好的柔韌性。如果與一定量的聚硅氧烷混合，對羊毛進行防縮整理，整理后的織物防縮效果不變.手感與純羊毛基本接近。
3. 結論
3.1 用熱反應型水性聚氨酯整理的羊毛織物，其氈化收縮率達到國際羊毛局(I.W.S)規定的機可洗標準，其它性能測試結果均符合FZ73003-91標準。織物手感與純羊毛接近，彈性增加，抗皺性提高。
3.2 整理過程中影響羊毛織物防縮效果的主要因素有：羊毛的酸堿度：整理液pH值；熱處理條件;樹脂在羊毛纖維上的附著量等。
3.3 與其它樹脂不同[6-7]，整理過程中無需對羊毛進行氧化預處理，避免了羊毛受損傷以及整理工藝上的繁瑣。另外對環境沒有污染，對操作人員健康無害。
致謝：羊毛織物松馳收縮率、面積氈化收縮率、頂破強度、腋下強力、起球、色牢度等項目測試工作，由安徽省紡織產品質量監督檢驗測試中心陸惠芬高級工程師和鄭世玲工程師完成，在此表示感謝。
參考文獻
[1] Jackson MB etal.
[2] Rushforth MA etal. 13-The Curing of Sirolan BAP Treatments on wool Fabrics. J. Text. Inst.
[3] 丁偉峰等,水溶性聚氨酯的制備.聚氨酯工業，1991，(3)；13
[4] 查劉生等,熱反應型水性聚氨酯羊毛防縮劑的研制. 精細化工，199 5，待發表
[5] 查劉生等,聚氨甲酰基磺酸鹽水溶液凝膠機理的探討.安徽大學學報(自然科學版)，1995，待發表
[6] 何蓉蓉等,水性聚氨酯羊毛防縮劑的研制及應用,杭州化工，1991，(4)：1
[7] 張勇力,羊毛衫防縮劑MH的合成及應用.安徽化工，1990，(3);31
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