聚氨酯具有強度高 ,耐磨性和耐屈撓性好 ,耐低溫性和耐油、耐化學品性能優(yōu)異 ,以及光澤度高等特點 , 廣泛應用于橡膠、涂料、粘合劑、合成纖維、合成革防水材料等產品中 ,是一種新型高分子材料。其中水性聚氨酯織物涂層劑環(huán)境效益好 ,深受國內外紡織服裝業(yè)高度重視。水性聚氨酯可應用于防水透濕、防紫外線、阻燃織物調溫等功能涂層 ,近幾年在織物抗起毛起球、免燙整理及染色固色中也得到廣泛的應用。

      采用交聯技術研制開發(fā)的陰離子水性聚氨酯織物涂層劑,可廣泛用于尼絲紡、滌塔夫、真絲、棉、滌棉和帆布等織物涂層。經涂層整理后的織物表面柔軟,富有彈性。該涂層整理劑可用于滑雪衫、風雨衣、茄克衫等服裝面料 , 以及帳蓬、防水防油布等工業(yè)用布 ,也可以用于混紡織物仿毛整理。

1 試驗部分

1. 1 水性聚氨酯產品質量指標

     物性 技術指標
     外觀 半透明乳液
     含固量 / % 25～35
     離子性 陰離子
     pH 值 ( 1 %水溶液 ) 7. 0～9. 0
     粘度 / cPa?s 600～1000

1. 2  產品性能及應用評價

     表1表明 ,采用恒天水性聚氨酯產品涂布后的織物耐靜水壓性能明顯提高 ,而且皂洗牢度達到 4 ～5 級 ,產品綜合性能具有一定的市場競爭力。

1. 3 工廠應用實例

1.3. 1  工藝流程

      防水半成品→軋光→涂布→焙烘→成品檢驗

1.3. 2  防水整理

      防水工藝流程 一浸一軋 (防水劑 TG2527 A 20g /L , 29. 4 N / cm2 )→焙烘 ( 180 ℃,車速 30 m /m in)

1.3. 3  水性聚氨酯涂層最佳工藝

      水性聚氨酯產品/ kg    100
      促進劑 / kg    1. 5—2. 0

      溫度 / ℃    165

1.3. 4  性能測試

      采用上述工藝涂布 21 tex尼絲紡 5 萬米 ,檢測各性能如下。

      ( 1 ) 防水性能根據 GB / T 4745—1997 ( ISO 492—1981)方法測試。初期防水性能和水洗 5 次后防水性能 ,均達 5級。

      ( 2 ) 靜水壓根據 GB / T 4744—1997 ( ISO 811—1981) 測試。初期靜水壓和水洗后靜水壓 , 分別為11 760和 11 270 Pa。

      ( 3) 強力性能根據 GB / T 3923. 1—1997 方法測試。原織物和涂布后織物的強力 (經向 ×緯向 ) 分別為 1 300 N ×1 200 N 和 1 330 N ×1 290 N。

1.3. 5  影響涂布效果的因素

( 1)軋光

      適當控制軋光機壓輥溫度和壓力 ,軋光后織物表面平整光滑 ,光澤度明顯提高 ,纖維間的空隙減小。軋光對涂層效果有如下影響 : ①涂層面平整 ,手感柔軟 ,皮膜感明顯提高; ②在相同給漿工藝條件下 ,保持性能不變 ,給漿量下降 ,節(jié)約漿量 ,降低成本 ; ③軋光后涂層膠不易進入纖維內部 ,主要在織物表面成膜 ,通過采用交聯劑成膜技術提高其粘著力。

( 2)焙烘溫度

      焙烘溫度直接影響涂布后的性能。水性聚氨酯產品最佳焙烘溫度 160～165 ℃。溫度太低 ,成膜不完全 ,牢度和性能下降 ,涂布后手感發(fā)粘 ,牢度明顯下降。焙烘溫度不能超過 180 ℃,若低于 160 ℃,可適當放慢車速延長焙烘時間。

2 結果與討論

2. 1 陰離子水性聚氨酯乳液合成機理

2. 2 配方優(yōu)化和工藝條件選擇試驗

2. 2. 1 羧基含量對聚氨酯分散度和穩(wěn)定性的影響

      在 3. 1 所述試驗中不難看出 , 親水性單體 (DM 2PA )通過嵌段方式引入至聚氨酯的分子鏈中 ,親水基團的含量直接影響到聚氨酯的分散度 (表 2 ) 。一般來說,親水基團越少 ,顆粒越大 ,分散體越不穩(wěn)定;親水基團越多 ,粒徑越小 ,分散體越穩(wěn)定。由表 2 知 ,分散體的穩(wěn)定性及分散度取決于 COOH 的含量 ,當 COOH 含量在 0. 8 % ～1. 1 % (約 17. 5 ～24. 4 mmol/100 gPU )時,陰離子水性聚氨酯形成穩(wěn)定分散體。因此 ,在配方中控制 DM PA 的含量十分重要。

2.2. 2   NCO /OH 值對織物涂飾后手感性能影響

      當配方中親水性物料含量確定以后 , NCO /OH 比值 (摩爾比 )成為影響制備聚氨酯分散體的主導因素。

      NCO /OH 值增大 ,乳液粒徑增大 ,粒度上升 ,成膜變硬 , 伸長率下降; 而 NCO /OH 比值太小時 ,在制備過程中容易產生凝膠。所以 , NCO /OH 值以控制在 1. 7 左右為宜。選擇這樣的比例 ,一方面可使分子鏈得到充分擴大 ,以提高分散體的性能及織物涂布后手感的軟硬度,達到滿意的手感風格;另一方面可以提高產品的穩(wěn)定性和重現性 (表 3)。

 2.2. 3 交聯劑對乳液貯存穩(wěn)定性和產品性能的影響

      在制備陰離子水性聚氨酯中 ,由于引入親水基團 ,使聚氨酯膜的耐水耐溶劑性能下降 ,從而限制了聚氨酯乳液的應用范圍。為了克服這一缺陷 ,引入交聯劑使聚氨酯分子鏈形成支鏈結構 ,成膜后形成空間網絡結構 ,大大提高耐水壓、耐溶劑性能。但是 ,交聯結構的引入 ,又會使體系早期粘度增加過快 ,容易產生凝膠現象 ,使聚氨酯的穩(wěn)定性和膠膜的機械性能受到影響。因此 ,優(yōu)化交聯劑用量是聚氨酯乳液制備的關鍵。

      由表 4 可看出 ,要保持乳液穩(wěn)定性 ,聚醚 /交聯劑比值要在 1 ∶10以上 ,最佳為 1 ∶15～1 ∶20。此時 ,粒徑為 120 nm 的達 80 % ,穩(wěn)定性好。

      采用多官能團交聯劑 ,可以是少量小分子三元醇交聯劑 ,如三羥甲基丙烷或三乙醇胺;或采用少量多官能親水性擴鏈劑 (如官能度大于 2 的半酯 ) ; 也可在新乳化的預聚體乳液中加入少量多元胺進行交聯 ,這些方法都能制得具有交聯分子結構的水性聚氨酯。

      然而 ,采用多官能團多元醇制備交聯聚氨酯乳液的方法存在一些缺點。如生成高粘度的預聚體 ,必須控制支化和交聯度 ,否則在乳化前預聚體可能產生凝膠;粘度高 ,則乳化困難 ,需要特殊的高剪切力乳化設備 ,否則不易得到粒徑微細的穩(wěn)定乳液。

2. 3  傅里葉變換紅外 ( FT IR)表征分析

      對于此體系 ,比較有意義的研究區(qū)域應該是與該體系中氫鍵的形成密切相關的譜帶 ,例如 N - H 伸縮振動的吸收波 ( 3 100 ～3 600 cm - 1 ) ,羰基伸縮振動吸收波 ( 1 600～1 800 cm - 1 ) ,以及 N - H 彎曲振動吸收波 ( 1 500～1 600 cm - 1 ) 。

      分析微觀結構 ,聚醚型聚氨酯體系中氨酯鍵上的N- H 基團以質子給與體的形式存在 ,而在氨酯鍵上的羰基和醚鍵上的 O 則是質子接受體。因此 ,在聚醚聚氨酯體系中的上述質子給與體與質子接受體之間容易形成氫鍵。隨著合成聚氨酯 DM PA 用量的增加 ,氫鍵化的 N - H 吸收峰從高波數向低波數段移動。在圖 1中 ,在 N - H 伸縮振動吸收區(qū)確實觀察到兩個吸收峰 ,在 3 449 cm - 1的吸收峰較小 ,在 3 298 cm - 1的吸收峰較大。這說明 ,體系中的氨基甲酸酯中的 N - H 大多參與了氫鍵的形成。

3 結論

3. 1 以三官能聚醚單體為交聯劑制備陰離子水性聚氨酯乳液 ,其交聯成膜后可明顯提高織物涂層的耐靜水壓 ,可達 14 700～19 600 Pa,皂洗牢度可達 4～5級。

3. 2 親水性單體 DM PA 通過嵌段方式進入聚氨酯分子鏈中 ,親水基團 COOH 的含量直接影響聚氨酯的分散度及穩(wěn)定性 ,其最佳值為 0. 8 % ～1. 2 %。

3. 3 NCO /OH 值直接影響水性聚氨酯織物涂飾后的手感 ,其最佳值應控制在 1. 1 ～2. 0,以達到滿意的手感風格。

3. 4 本產品環(huán)境友好型涂層整理劑用于尼絲紡、滌棉等布料的風格整理 ,防水、透氣性好 ,耐靜水壓高 ,已成功涂布應用數萬米 ,用于滑雪衫、風雨衣、茄克衫等服裝面料的功能性整理。

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