水性聚氨酯在纺织整理中的应用

水性聚氨酯及其在纺织整理加工中的应用

摘要：介绍了水性聚氨酯类染整助剂的分类和常用制备方法。综述了水性聚氨酯在纺织行业中的应用，介绍了水性聚氨酯作为防水透湿涂层剂、羊毛防缩整理剂、抗起球起毛剂、免烫整理剂、印花涂料、抗静电整理剂、固色剂的应用进展，并指出了新型聚氨酯的发展方向。

关键词：水性聚氨酯；染整助剂；制备；应用

聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称 (Polyurethane，简称 PU)。是加聚反应而成的嵌段高聚物，以具柔性和弹性的聚醚或聚酯为软段，以具刚性和硬度的氨基甲酸酯为硬段，含有相当数量氨酯键的高分子化合物［1］。聚氨酯作为纺织品整理剂最早出现在欧洲，通常为溶剂型产品，与交联剂、涂料拼混用于纺织品的涂层。近年来，随着人们环保意识的增强和各国环保立法的出台。水性聚氨酯正逐步取代溶剂型聚氨酯，特别是欧美和日本，相继开发了系列产品。目前，水性聚氨酯已经成功地应用于纺织印染行业，实践表明，它能够赋予织物优良的柔软度、丰满感、耐洗、耐磨、回弹性好、爽滑、手感好、抗静电等，所以，水性聚氨酯在纺织行业中的研究开发和应用得到广泛而迅速的发展。

聚氨酯的开发与生产可追溯到第二次世界大战期间。水性聚氨酯最由著名科学家Schlack P于1942年首先通过外加乳化剂强制分散而制备［2］，首次工业化生产于 1967 年，1972 年拜耳公司率先开发了用作皮革涂饰的聚氨酯水乳液。数十年来，欧美和日本对水性聚氨酯的研制开发非常重视，现今已有很多种类的水性聚氨酯产品，成功应用于纺织、印染、皮革加

工、涂料、胶黏剂、木材加工、建筑、造纸等行业。

我国水性聚氨酯的开发应用与国外相比，尚存在相当大的差距。近年来，有东华大学研制开发的 Y503、Y504 两种自交联水性聚氨酯涂层剂［3］，江苏石油化工学院研制的阴离子型聚氨酯乳液，烟台市化工研究所、安徽大学等单位都采用了不同的工艺路线合成了不同用途的水性聚氨酯，在不同的应用领域中取得了一定的效果。但国内的水性聚氨酯产品，特别是应用纺织品印染加工中的产品品种少，性能质量还不稳定，致使许多相关行业长期依赖进口，特别是印染行业，绝大部分都是从日、美、欧洲等国家进口。

1 水性聚氨酯整理剂分类

根据分子粒子在水中的分散程度不同,水性聚氨酯分为乳液、水分散体、水溶性等3种,表1列示了3种水性聚氨酯的特性。

表1 各类水性聚氨酯特性

乳液水分散体水溶液

外观不透明

呈现光散射半透明

呈现光散射

透明

无光散射

粒子大小/μm >0.1 0.02 一 0.1 <0.005

分子量1000 000 20 000-200 000 20 000-60 000

粘度低，与聚合物

分子量无关较粘，有时受分子

量影响

特别取决于

聚合物分子量

由表l可见，水性聚氨醋的粒径很小，水分散性强。所以整理后的织物手感细腻粘附性好。

根据引入亲水基团带电性的不同水性聚氨醋又可分为非离子、阴离子、阳离子、两性离子型等4种。亲水基团是梭基与磺酸基时,所得到的乳液为阴离子型；亲水基团是叔胺基时,则为阳离子型；亲水基团为水溶性的聚氧化乙烯二醇或采用含氧化乙烯链的亲水性共聚醚时则为非离子型；两性离子型则为羧基或磺酸基与叔胺基并存。

另外 ,水系聚氨酯又有反应型和非反应型之分,虽然它们的共同特点是分子结构中含有异氰酸酯基,但前者是用封闭剂将异氰酸酯基暂时封闭, 在纺织品整理时复出 ,相互交链反应形成三维网状结构而固着在织物表面。

根据乳化系列分类 , 水性聚氨酯可分为外乳化型和自乳化型。外乳化型又称为强制乳化型,系将疏水性聚氨酯用外加乳化剂强制乳化而成。自乳化型又称内乳化型, 在制备时不必另加乳化剂, 而是采用称为内乳化剂的亲水性单体, 赋予聚氨酯若干亲水基团 ,使其自行乳化而成水性产品。

按固化特性分类 , 聚氨酯可分为热固性和热塑性；按低聚物多元醇分类 ,可分为聚酯型和聚醚型 ;按异氰酸酯的母体结构 ,可分为脂肪族和芳香族；按整

理功能可分为水性聚氨酯防皱剂、固色剂、胶粘剂、防水透湿涂层剂、仿麂皮整理剂及抗静电剂等。

2 水性聚氨酯的制备和改性

2.1 水性聚氨酯的制备

制备水性聚氨酯目前所采取的方法就是将异氰酸酯基降低活性或在分子链中引入亲水基团，可以从阴离子、阳离子和非离子型产品三个方面来展开研究: 2.1.1阳离子型

通过阳离子扩链反应，形成聚氨酯高分子预聚体［4］，引入反应性活性基团，经过亚硫酸氢钠封端和乳化形成分散乳液，能够解封后与织物及染料等阴离子基团反应，可用于高性能固色剂、耐久性弹性整理剂等。

2.1.2阴离子型

利用聚醚多元醇，经过扩链反应后，形成多维高分子水分散物［5］，整理时在纤维内外部形成沉淀，能够与织物及表面其他结构形成网状交联，改善纤维内部、外部结构，可以用于改善织物服用性能，抗起毛起球、耐水洗、形状记忆等功能。

2.1.3非离子型

主要是要合成具有耐久性的亲水性高分子物［6］，可以用于织物亲水性能改性，使涤纶等原来疏水的纤维织物具有亲水性和抗静电性，可以用于耐久性的织物抗静电剂、亲水改性剂、吸湿排汗剂等。

2.2水性聚氨酯的改性

对应于上述阳离子型、阴离子型和非离子型水性聚氨酯，其改性方法如下: 2.2.1阳离子型的改性

阳离子改性中采用二乙烯三胺的接枝技术，通过二乙烯三胺酮亚胺结构的运用，控制体系的粘度，在与环氧类反应，形成活性反应基团，更有利于聚合物与织物的反应和交联。

2.2.2阴离子型的改性

阴离子改性中可以引入具有聚醚结构的有机硅油，参与预聚体的反应，增强聚氨酯拒水性能、平滑性，并提供柔软手感。

2.2.3非离子型的改性

非离子改性中可以运用三元醇聚醚，与 TDI、DMPA 等合成具有支链结构的