水性聚氨酯羊绒针织物抗起毛起球整理剂的研制

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山羊绒素有“纤维宝石”、“软黄金”的美誉,其针织品手感柔软、滑糯、丰满,风格典雅、高贵。由于羊绒纤维鳞片层与针织物结构松弛的原因,羊绒针织物在穿着过程中容易出现起毛起球现象,严重影响其外观与服用性能。通过专有的羊绒抗起毛起球剂进行整理,是有效改善其性能的方法之一。目前,国内外很少见性能优异的羊绒针织物抗起毛起球整理剂。水性聚氨酯(WPU)在羊绒针织物抗起毛起球整理方面具有良好的应用潜质,其主要瓶颈在于WPU会使整理织物的手感变得僵硬、呆板。因此,研究开发适合于羊绒针织物抗起毛起球的WPU整理剂及其配套柔软剂,并探讨整理工艺具有很重要的现实意义。本论文旨在开发WPU羊绒抗起毛起球整理剂和与其配套的柔软剂。首先制备不同类型、结构的氨基硅油,并筛选出兼具柔软与蓬松性能的氨基硅油柔软剂;其次,采用自制的氨基硅油制备有机硅改性的阴离子与阳离子WPU,以侧链接枝方式在WPU中引入聚硅氧烷链段,并测试、分析WPU乳液、胶膜性能及其对羊绒针织物抗起毛起球整理的效果,探讨WPU结构和性能的关系;最后,将自制的氨基硅油柔软剂及其改性WPU应用于羊绒针织物的抗起毛起球整理,考察整理效果及其耐洗性能。具体研究内容及主要结论如下:1、侧链氨基硅油与线性聚醚嵌段氨基硅油的制备。分别采用D4、硅烷偶联剂602与双端氨基聚醚、双端环氧基聚醚硅油聚合得到不同氨值的侧链氨基硅油(AEAPS)与线性聚醚嵌段氨基硅油(PBS),分析两类氨基硅油结构与性能的关系。结果表明:随着氨值增大,AEAPS分子量呈降低趋势,PBS分子量呈现先增大、后降低的趋势;AEAPS、PBS整理羊绒针织物的性能存在明显差异,前者的手感特点为柔软、平滑并略显油腻感,后者的手感特点为柔软、蓬松与平滑,后者的亲水、透湿性能与抗静电性能以及黄变程度均明显优于前者;作为羊绒针织物柔软整理剂用途,PBS的综合性能优于AEAPS。2、侧链氨基硅油改性水性聚氨酯羊绒抗起毛起球整理剂的制备。分别采用聚碳酸亚丙酯二醇(PPC)、聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)与聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇(PBA)为软段原料制备阴离子WPU预聚体,再用AEAPS改性制备WPU;采用FT-IR、GPC、TG、AFM、XPS、DMA等测试表征WPU的结构,初步探讨这种阴离子WPU整理剂对羊绒针织物抗起毛起球性能的影响,系统分析PPCWPU与代表性聚醚、聚酯多元醇(PTMG、PBA)WPU及其AEAPS改性后性能的差异。以PPC为软段的WPU胶膜具有硬度高、耐水与耐热性能差以及软硬段相容性好、微相分离不明显的特点,PPC WPU胶膜的结构、性能和PTMG、PBAWPU胶膜存在明显差异。AEAPS的交联作用使改性WPU的分子量明显增大,聚硅氧烷链段的引入及其在胶膜表面的富集,改善了WPU胶膜的耐水、耐热性能,这种作用对PPC WPU尤为明显,AEAPS改性是提高PPC WPU耐热、耐水性能的有效途径。分别以PTMG、PPC与PBA三种多元醇为WPU的软段原料,确定R值(-NCO/-OH)1.4、DMPA含量5.0%(w/w)和AEAPS含量20.0%(w/w)作为羊绒针织物抗起毛起球WPU整理剂最适宜的合成投料关系,所制备的三种类型WPU对羊绒纤维均具有优良的成膜、包裹性能。AEAPS改性得到网状交联结构WPU有利于整理织物抗起毛起球性能的提高,聚硅氧烷链段在WPU胶膜表面的富集有利于整理织物手感的改善。AEAPS改性,提高了WPU整理织物的抗起毛起球性能以及赋予整理织物良好的手感,并改善了耐洗性。分别采用AEAPS改性的三种类型WPU乳液2.0%(o.w.f.)对羊绒针织物进行整理,织物的起毛起球等级均由2-3级提高到4级,其中以AEAPS改性的PTMG WPU乳液整理羊绒织物的手感最好为3级,与未整理织物的手感相当,由此可见,通过AEAPS改性可以避免WPU整理羊绒针织物手感恶化的弊端。3、氨基硅油结构对改性水性聚氨酯羊绒抗起毛起球整理剂性能的影响。以PTMG为软段原料制备WPU预聚体,再分别以不同氨值的AEAPS、PBS进行改性制备WPU,并将这两类改性WPU应用于羊绒针织物的抗起毛起球整理,探讨氨基硅油结构对WPU结构、性能以及对羊绒针织物整理效果的影响。AEAPS氨值增大,对WPU的交联作用增强,改性WPU乳液的稳定性降低,改性WPU胶膜的耐水性增强、机械强度增大、胶膜表面的微相分离尺度变小,聚硅氧烷链段在胶膜表面的富集趋于强烈。PBS氨值增大,其分子链中亲水聚醚链段的含量增大,由于PBS的交联作用较弱,其改性WPU乳液的稳定性提高,改性WPU胶膜的耐水性降低,PBS氨值对胶膜的微相分离尺度与聚硅氧烷链段富集程度的影响较小。AEAPS改性WPU的分子量及其胶膜的机械强度以及聚硅氧烷在胶膜表面的富集量,均明显大于PBS改性WPU。氨基硅油改性WPU乳液对羊绒针织物的应用结果表明:氨基硅油的类型与氨值对整理织物起毛起球的等级没有明显影响,PBS、AEAPS改性WPU对羊绒针织物抗起毛起球性能的改善效果基本一致;聚硅氧烷链段在WPU胶膜表面的富集量以及胶膜自身的软硬度是影响整理织物手感的关键因素,聚硅氧烷在胶膜表面的富集量增大使整理织物的手感变好,胶膜硬度增大使整理织物的手感变差,PBS改性WPU整理织物的手感明显优于AEAPS改性WPU的整理效果。采用PBS与其改性WPU乳液对羊绒针织物进行联合整理,织物的起毛起球等级达到4级、手感为4级,表明整理后织物具有优良的抗起毛起球性能及柔软蓬松的特点,此外,经测试证明整理织物具有理想的透气、透湿性能、良好的抗静电性能,并且具有优良的耐洗性能,其综合性能明显优于目前羊绒企业加工的同类产品。4、线性聚醚嵌段氨基硅油改性阳离子水性聚氨酯羊绒抗起毛起球整理剂的制备。以PTMG为软段原料、N-甲基二乙醇胺(MDEA)为亲水扩链剂制备阳离子水性聚氨酯(CWPU)预聚体,再以PBS改性制备了CWPU,初步探讨这种改性CWPU对羊绒针织物的抗起毛起球性能。以R值1.4、MDEA含量6.0%(w/w)、BDO含量5.0%(w/w)与PBS含量20.0%(w/w)制备CWPU,所得CWPU具有乳液稳定、胶膜硬度低、粘附力与耐水性优良的特点。PBS改性虽然使CWPU乳液的粒径增大,但是当PBS含量在20.0%(w/w)以内能保证乳液的稳定性。PBS含量增大,聚硅氧烷链段在胶膜表面有强烈的富集效应,当PBS含量为20.0%(w/w)时,胶膜表面被聚硅氧烷链段完全覆盖,聚硅氧烷的富集可减轻CWPU胶膜的氧化黄变。CWPU乳液对羊绒针织物整理应用结果表明,R值增大、MDEA与PBS含量增大,提高了织物的抗起毛起球性能,PBS含量增大改善了织物的手感。采用PBS与其改性CWPU乳液对羊绒针织物进行整理,整理织物的抗起毛起球性能、手感以及吸湿透气性能、抗静电性能均与PBS与其改性阴离子WPU整理羊绒针织物基本一致。但是作为羊绒织物整理剂,PBS改性CWPU还存在使整理织物泛黄的不足。
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