封端异氰酸酯和聚氨酯的合成及对棉织物抗皱整理

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棉纤维由于具有良好的穿着舒适性、吸湿性等优点而得到广泛应用。但其在服用过程中极易产生折皱,难以维持平整外观。目前,应用最广泛的抗皱整理剂是 N-羟甲基酰胺类交联剂,然而经此类交联剂整理后的棉织物会持续释放游离甲醛。BTCA是目前整理效果最好的多元羧酸类交联剂,但其生产成本高,并会严重降低整理后棉织物的强力保留率。高性能交联剂的开发因此成为了研究热点。本文合成了不同结构封端异氰酸酯及不同分子量聚氨酯,研究了封端异氰酸酯的结构与棉织物抗皱性能的关系,探讨了聚氨酯的分子量对棉织物抗皱性能的影响,分析了封端异氰酸酯和聚氨酯复合二步整理法提升棉织物抗皱性能的原因,得到的主要研究结果如下:
  (1)以亚硫酸氢钠为封端剂,合成了封端的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和甲苯二异氰酸酯(TDI)。探究了不同合成条件对产物封端率的影响,并利用热重分析等方法对产物解封过程进行分析。结果表明,脂肪族(IPDI, HDI)异氰酸酯封端率(85%)高于芳香族异氰酸酯(TDI, MDI)封端率(45%)。脂肪族封端异氰酸酯(IPDI, HDI)解封闭温度(100℃~120℃)高于芳香族封端异氰酸酯(MDI,TDI)解封闭温度(80℃~90℃)。封端产物水溶性较高且性质稳定,可用于棉织物抗皱整理。
  (2)将封端产物用于棉织物抗皱整理,通过比较4种封端异氰酸酯整理后棉织物的抗皱性能,探究了其结构与棉织物交联效果的关系;分别采用多元醇和柠檬酸进一步提升棉织物的抗皱性能,分析了它们对封端异氰酸酯整理后棉织物抗皱效果的影响。结果表明:脂肪族封端异氰酸酯(HDI,IPDI)整理后棉织物抗皱效果好于芳香族封端异氰酸酸酯(MDI,TDI)。经封端HDI整理后,棉织物折皱回复角(WAR)可提升57°,撕破强力保留率(TR)为84.7%;经封端IPDI整理后,织物WAR提升51°,TR为85.8%。由于芳香族封端异氰酸酯较易解封、活性过高,整理后织物抗皱效果提高有限,WAR 仅提升 26°。官能度高、链段短的多元醇类化合物可以提高封端 HDI 在棉纤维内部交联效率,改善整理后棉织物的折皱回复性能。其中,抗皱效果提升最好的是二乙醇胺,整理后织物WAR与未添加二乙醇胺相比提高了 10°。长分子链的聚乙二醇 200 对整理后织物抗皱性能没有改善作用。柠檬酸与封端HDI复配同浴整理后,棉织物抗皱效果降低;复合二步整理后,棉织物WAR提高了15°。
  (3)以六亚甲基二异氰酸酯、二羟甲基丁酸为主要原料,亚硫酸氢钠为封端剂,合成了不同分子量的封端型水性聚氨酯,探究了聚氨酯分子量与棉织物抗皱性能的关系。结果表明,对于数均分子量为3100、4500、6800、10300、40500 g/mol 的聚氨酯整理后的棉织物,低分子量聚氨酯整理效果要好于高分子量(≥10000 g/mol)聚氨酯,数均分子量为 4500 g/mol 左右的聚氨酯整理效果较好,整理后织物WAR提高69°,撕破强力降低12.6%。
  (4)最后,将聚氨酯与封端 HDI 进行复合整理(包括一步整理法和二步法整理),探究了整理工艺对织物抗皱性能的影响。与一步整理法相比,二步法整理后棉织物抗皱效果更好,WAR可达到207°, TR为76.0%。同时,在整理剂相同用量时,经二步法整理后,织物WAR比单独使用封端聚氨酯或封端HDI整理提高了16°左右,具有较显著的协同增效作用。
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