棉織物采用陰離子染料染色后,通常要進行固色處理,以提高其濕處理色牢度.傳統(tǒng)固色劑由于含有游離甲醛而被淘汰,新型無醛固色劑不斷涌現(xiàn).使用不同固色劑可以提高不同類型染料在織物上的色牢度,采用一般的無醛固色劑時,若要提高耐濕摩擦色牢度 3 級以上至今仍非常困難.聚氨酯固色劑是近年來較受關(guān)注的一類新型無醛固色劑.根據(jù)文獻(xiàn)報道,連接有胺類化合物的水性聚氨酯通過與直接染料、酸性染料或活性染料等陰離子水溶性染料作用,具有理想的固色效果,同時還可以改善織物的耐磨性、防污性,且不影響染色織物的鮮艷度.本文在聚氨酯大分子鏈上引入叔胺基團,合成了一種陽離子型水性聚氨酯固色劑,并對其合成工藝、固色效果以及應(yīng)用工藝進行了探討.

1 試驗

1.1 陽離子型水性聚氨酯固色劑的合成

      稱 取 一 定 量 聚 醚 多 元 醇 置 于 三 頸 燒 瓶 中 , 在100~120 ℃真空脫水 2 h(真空壓力 0.09~0.1 MPa),降溫至 40~50 ℃,攪拌下緩慢加入 IPDI、適量有機溶劑和催化劑二丁基二月桂酸錫,于 50~60 ℃下預(yù)聚 2 h(—NCO 的含量達(dá)到理論值),降溫至 45~50 ℃,再緩慢滴加 TEA 擴鏈,于 50~55 ℃下反應(yīng) 1 h,再用 MDEA 進行二次擴鏈,反應(yīng)充分后降溫至 40 ℃左右,加入醋酸中和 0.5 h,降溫至 3~5 ℃,加入混有二甲胺的蒸餾水分散乳化,同時將未反應(yīng)的—NCO 基團封端.乳化完成后,減壓蒸餾脫去溶劑.

1.2 染色工藝

      純棉織物的染色按下述工藝曲線進行,活性紅 BES5%(owf),浴比 1∶30.

1.3 整理工藝

      兩浸兩軋→預(yù)烘(80 ℃,3 min)→焙烘.

1.4 測試

      采用二正丁胺-鹽酸法測定游離—NCO 含量;紅外光譜:將乳液在聚四氟乙烯模板上制成很薄的膜,采用 FT-IR 紅外光譜儀測試;摩擦牢度按 GB/T 3920-1997 紡織品耐摩擦牢度試驗方法測試;皂洗牢度按GB/T 3921.1-1997 紡織品耐洗色牢度試驗方法測試;沾色按 GB/T 251-995 沾色用灰色樣卡評定.

2 結(jié)果與討論

2.1 陽離子型水性聚氨酯固色劑合成工藝

2.1.1 聚醚多元醇種類及分子質(zhì)量

      由表 1 可知,PEG-600 和 PEG-800 的固色效果均不及 PEG-1 000,原因是產(chǎn)物分子質(zhì)量較小,水溶性大,洗滌時易于從織物上洗除.PPG-600、PPG-800 和PPG-1 500 的固色效果均不及 PPG-1 000,PPG 分子質(zhì)量較小時,固色效果不佳的原因同 PEG,但 PPG 分子質(zhì)量過大時,側(cè)鏈上—CH3 過多且排列緊密,其空間位阻效應(yīng)影響固色劑分子與染料分子的作用,且大分子不易擴散進入纖維內(nèi)部,降低了固色效果.故聚醚多元醇選擇 PPG-1 000 和 PEG-1 000.

2.1.2 n(PPG-1 000)∶n(PEG-1 000)

      由表 2 可知,隨著 n(PPG-1 000)∶n(PEG-1 000)的增大,各項牢度呈上升趨勢,但當(dāng) n(PPG-1 000)∶n(PEG-1 000)超過 1∶1 時,聚氨酯乳液的穩(wěn)定性變差,且 PPG-1 000 含量過高時,自乳化時分散困難,甚至分層.綜合考慮,n(PPG-1 000)∶n(PEG-1 000)為 1∶1 時合成的固色劑效果較好.

2.1.3 n(—NCO)/n(—OH)

      從表 3 可以看出,隨著 n(—NCO)/n(—OH)增加,織物各項牢度都有不同程度的增加.n(—NCO)/n(—OH)<2.0 時,所得產(chǎn)物為混合物,且預(yù)聚階段分子質(zhì)量易急劇增大,不可控制.n(—NCO)/n(—OH)增大后,陽離子擴鏈劑 MDEA 和 TEA 的用量增加,固色劑分子與染料陰離子的結(jié)合能力增強.但是 n(—NCO)/n(—OH)過大,剛性基團如氨基脲酸酯、氨基甲酸酯的含量增加,大分子鏈段的極性增強,分子間氫鍵作用力大增,粘度上升,乳液不穩(wěn)定.綜合考慮,選取 n(—NCO)/n(—OH)為 2.0.

2.1.4 預(yù)聚反應(yīng)溫度和時間

      由圖 1 可知,45 ℃時,—NCO 剩余量達(dá)到理論值(5.81%)所需時間為 3.5~4 h,反應(yīng)時間過長的原因是溫度較低時,—NCO 與—OH 的反應(yīng)活性過低.65 ℃時,—NCO 剩余量達(dá)到理論值所需時間不足 1 h.原因是反應(yīng)溫度較高時,—NCO 與—OH 反應(yīng)過于劇烈,可能發(fā)生支化反應(yīng),導(dǎo)致體系粘度過高,需加入大量溶劑,有時甚至引起爆聚,形成凝膠.55 ℃時,—NCO 剩余量在 2 h 內(nèi)達(dá)到理論值.從反應(yīng)現(xiàn)象觀察,55 ℃時反應(yīng)比較平穩(wěn),不需加入大量溶劑,且無凝膠現(xiàn)象.由此確定 55 ℃反應(yīng) 2 h 較好.

2.1.5 陽離子擴鏈劑 MDEA 用量

      采用 IPDI 與 50 g 混合聚醚[n(PPG-1 000)∶n(PEG-1 000)=1∶1]反應(yīng)得到預(yù)聚體后,先用 4.97 g 三乙醇胺進行第一次擴鏈,然后用 N-甲基二乙醇胺(MDEA)進行二次擴鏈,得到陽離子型聚氨酯固色劑.不同用量MDEA(%,對預(yù)聚體質(zhì)量)對固色效果的影響見表 4.

      從表 4 可以看出,隨著 MDEA 用量的增加,色牢度均有所提高,尤其是濕摩擦牢度.原因是隨著 MDEA用量的增大,固色劑分子中叔胺基團增多,有利于固色劑分子與染料間的結(jié)合,固色效果增強.所以,在不影響乳液穩(wěn)定性的前提下,應(yīng)盡可能多的引入 MDEA,本文選用 7.5%(對預(yù)聚體質(zhì)量).

2.2 紅外光譜

      從圖 2 可看出,在 2 257 cm-1 處無 IPDI 的—NCO吸收峰存在,說明游離的—NCO 已完全反應(yīng);在 1 101.98cm-1 處為典型的醚鍵譜帶;3 346.82 cm-1 處為 N—H的伸縮振動峰,1 703.97 cm-1 處為 CO—NH 的 C O伸縮振動峰,1 500 cm-1 左右為 CO—NH 的 NH 變形振動峰,這 3 個峰都是聚氨酯中氨基甲酸酯的特征振動峰,說明合成的物質(zhì)中確實有氨基甲酸酯生成,說明所合成的物質(zhì)為聚醚型陽離子水性聚氨酯.

2.3 陽離子型水性聚氨酯固色劑的固色工藝

2.3.1 固色劑用量

      從表 5 可看出,各項色牢度隨整理劑用量的增加有所提升,其中,濕摩擦牢度的提升最為明顯.與未固色時比較,提升幅度達(dá) 1 級以上,但 60 g/L 后提升不明顯,故固色劑用量選擇 60 g/L.

2.3.2 焙烘溫度

      由表 6 可知,溫度的升高對色牢度的提升有限,濕摩擦牢度略有提升(約 0.5 級),130 ℃后各項色牢度幾乎不再變化.焙烘溫度過高還會引起整理后的織物泛黃,且影響手感,故焙烘溫度選 130 ℃即可.

2.3.3 焙烘時間

      從表 7 可看出,織物的色牢度隨焙烘時間的增加有所提高,超過 3 min 后色牢度基本不變.固色劑大分子從纖維表面進入其內(nèi)部需要一定的時間,即使在焙烘溫度較高的情況下,如果焙烘時間太短,固色劑大分子鏈與纖維大分子穿插結(jié)合不充分,大部分只是附著在織物表面,易從織物上脫落,影響色牢度.所以,焙烘時間以 3 min 為宜.

2.3.4 軋余率

      從表 8 可看出,隨著軋余率的增加,織物色牢度呈先增加后減小的趨勢,在 80%達(dá)到最佳效果.

2.3.5 與市售固色劑的固色效果比較

      由表 9 可知,自制陽離子型水性聚氨酯固色劑對活性染料染色棉織物有較好的固色效果,尤其是濕摩擦牢度可提高 1 級左右,其固色效果與市售固色劑 C基本相當(dāng).

3 結(jié)論

      以聚醚多元醇和 IPDI 進行預(yù)聚反應(yīng)、N-甲基二乙醇胺和三乙醇胺為擴鏈劑,合成了一種陽離子型聚醚水性聚氨酯固色劑.n(PPG-1 000) ∶n(PEG-1 000)=1∶1、n(—NCO)/n(—OH)=2.0、55 ℃預(yù)聚反應(yīng) 2 h、陽離子擴鏈劑 N-甲基二乙醇胺 7.5%(對預(yù)聚體質(zhì)量)時,所得到的產(chǎn)物固色[固色工藝:兩浸兩軋(固色劑 60 g/L,軋余率 80%)→預(yù)烘(80 ℃,3 min)→焙烘(130 ℃,3 min)]效果最好.

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