水性全氟聚氨酯防水防油整理剂的制备及性能

水性全氟聚氨酯防水防油整理剂的制备及性能
李培枝,沈一丁,李刚辉
(轻化工助剂化学与技术教育部重点实验室,陕西科技大学,西安710021)
摘　要:以异佛尔酮二异氰酸酯(I P D I ),1,42丁二醇(1,42BDO )和全氟醇为主要原料,N 2异丙基二乙醇胺为扩链剂,二月桂酸二丁基锡(DBT DL )为引发剂,制备水性阳离子全氟聚氨酯防水防油整理剂(W FP U );探讨
W FP U 用量、交联剂用量、烘焙温度和烘焙时间对棉织物拒水拒油效果的影响。

结果表明,优化的W FP U 整
理工艺为:W FP U 用量10g/L,交联剂用量20%(占整理剂用量的质量百分数),焙烘温度160℃,焙烘时间
150s 。

经该工艺整理后的织物具有较佳的拒水拒油效果,对水的接触角可达138°,对石蜡油的接触角可达120°,且耐洗性优异。

关键词:防水整理;防油整理;整理剂;棉织物
中图分类号:TS1951641 文献标识码:A 文章编号:1000-4017(2009)13-0014-03
Prepara ti on and properti es of wa ter 2ba sed perfluor i n a ted
polyurethane wa ter 2and o il 2repellen t f i n ish
L I Pei 2zhi,S HE N Yi 2ding,L I Gang 2hui
Key L aboratory of A uxiliary Che m istry &Technology for Che m
ical Industry M inistry of Education,Shanxi U niversity of Science &Technology,X i ’an 710021,China
Abstract:W a te rbo rne p e rfl uo ri na te d po l yu re thane w a te r 2and o il 2rep e ll e n t agen t (W FPU )w a s p rep a red w ith isop ho r o ne iso cy 2
ana te (I PD I ),1,42p i naco ne (1,42BDO )and p e rfl uo ri ne no l (F OL )a s raw m a te ri a ls,N 2isop r op yl d i e thano l am i ne (M D E A )a s a cha i n e xte nde r and d i bu tylti n d il au ra te (DB T DL )a s an i n iti a to r .I nfl ue nce s o f W FPU do sage ,c r o s s li nki ng agen t do sage ,cu ri ng tem p e ra tu re and ti m e o n w a te r and o il rep e ll e n t p r op e rti e s o f co tto n fab ri c w e re d iscu sse d.Re su lts show ed tha t,the op ti m um app li ca ti o n p r o ce s s w a s W FPU 10g /L,c r o s sli nki ng age n t 20%,cu ri ng a t 160℃fo r 150se co nd s,co tto n fab ri c trea te d w ith a 2bo ve p r o ce ss had exce ll e n t w a te r and o il rep e ll e n t p r op e rti e s w ith w a te r co n tac t ang l e up to 138°and o il co n tac t ang l e up to 120°,a s w e ll a s goo d du rab ility .Key words:w a te r rep e ll e n t fi n ish;o il rep e ll en t fi n ish;fi n ish i ng age n t;co tto n fab ri c
0　前言
防水防油整理是将一种具有特殊分子结构的整理剂均匀地涂覆至织物表面,牢固地附着于纤维,或与纤维发生化学结合,在纱线表面交联成膜,以有效地阻止水、油进入纤维内部或纤维之间,从而使织物不易被水和常用油类所润湿。

有机氟热稳定性和化学稳定性好,可使织物表面能降低至油、水和污渍不能浸润的程度,且不影响织物手感、透气性、透湿性、色牢度、色光和进行其它后整理[1]。

水性聚氨酯以水为分散介质,具有节能、不燃、对环境和人体危害小等优点,在纺织品涂层及功能整理
领域获得广泛应用[224]。

将有机氟基团引入水性聚氨酯链段中,可以制备出具有优异表面性能、环境友好和安全无毒的水性含氟聚氨酯乳液。

许多学者已对含氟
收稿日期:2009-03-18
基金项目:陕西省自然科学基金(2007E118)。

作者简介:李培枝(1982-),女,河北辛集人,陕西科技大学应用化学博士研究生,主要从事高分子助剂的研究。

E 2mail:li peizhi@sust .edu .cn
聚氨酯进行研究
[527]
,对水性阳离子含氟聚氨酯防水防
油织物整理剂则鲜见报道。

本试验以异佛尔酮二异氰酸酯(I P D I ),1,42丁二
醇(1,42BDO )和全氟醇为主要原料,N 2异丙基二乙醇胺为扩链剂,二月桂酸二丁基锡(DBT DL )为引发剂,采用自乳化法制得低黏度、高固体组分的水性阳离子全氟聚氨酯防水防油整理剂(W FP U ),并研究其对织物整理的防水防油性能。

1　试验
1.1　试验材料
织物　经退浆、漂白后的纯棉织物(14.76tex ×14.76tex +40D /524根/10c m ×284根/10c m )。

药品　异佛尔酮二异氰酸酯(I P D I,工业品),全氟醇(F OL,广东新会化工有限公司);1,42丁二醇(1,42BDO ),N 2异丙基二乙醇胺(工业品,常州太湖化工有限公司);二月桂酸二丁基锡(DBT DL,化学纯,天津市化学试剂一厂);冰醋酸(化学纯,天津市化学试剂一厂);白矿物油,十六烷,正十四烷,正十二烷,正癸烷。

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1印　染(2009No .13)　
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1.2　试验仪器
Y B813型沾水度测定仪(温州大荣纺织标准仪器厂),M I N E2TENTE轧烘焙一体机(LABORTEX公司)。

1.3　阳离子全氟聚氨酯2丙烯酸酯聚合物的制备
在装有温度计、回流管和搅拌器的三口烧瓶中,加入一定量的1,42丁二醇(1,42BDO),于120℃真空脱气2h,通入氮气,加入计量的异佛尔酮二异氰酸酯(I P D I)于90℃反应;反应一段时间后降温至70℃,向体系中慢慢滴加扩链剂和引发剂,反应0.5～1.0h;再加入全氟醇,于65～70℃反应至W
NCO
≈2%(NCO为嵌段异氰酸酯),用二正丁胺滴定法判断反应终点。

将反应体系冷却至30℃,加入冰醋酸酸化成盐,并向体系中慢慢加入一定量的去离子水,剧烈搅拌乳化,即制得含固量为25%(质量分数,下同)的阳离子全氟烷基聚氨酯水乳液(该乳液为黄色透明至乳白色)。

1.4　三防整理工艺
工艺处方
W FP U/(g/L) 5～40
交联剂/%0～40
pH值3～5
浴比20∶1
工艺流程　浸轧(轧余率为60%～80%)→预烘(85℃,1～2m in)→焙烘(80～180℃,1～3m in)
1.5　性能测试
1.5.1　接触角测定
采用10mL小型注射器分别将水和液体石蜡滴在待测试样上,采用J I C21润湿角测量仪测量接触角。

1.5.2　防水防油防污测试
(1)拒水性能测试方法　参照AATCC22-2001《排水:喷雾试验》测试并评级,评级标准见表1。

表1　拒水性能等级标准
评分标准
100受淋表面没有润湿,也未沾有小水珠
90受淋表面没有润湿,但沾有小水珠
80受淋表面仅有不连续的小面积润湿
70受淋表面有一半润湿
50受淋表面全部润湿
0正反面均全部润湿
(2)拒油性能测试方法　参照AATCC118-2002《排油:耐烃试验》(FZ/T01067—1999)。

拒油性分8级,0级最差,8级最好。

拒油整理液组成及对应级别见表2。

1.5.3　耐洗性测试
参照G B/T8629—2001(I S O6330-2000)《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》。

选用5A洗涤程序,
表2　拒油性能等级测试的液体组成
AATCC
防油标号
组分AATCC
防油标号
组分0无(未通过白矿物油的测试)5正十二烷
1白矿物油6正癸烷
2白矿物油和正十六烷容量比65∶357正辛烷
3正十六烷8正庚烷
4正十四烷--
即:洗涤12m in→漂洗3m in→漂洗3m in→脱水1m in →漂洗2m in→脱水1m in→漂洗2m in→脱水6m in。

洗涤时水位为5L,洗衣液用量为0.2L。

2　结果和讨论
2.1　W FPU基本参数
合成的水性阳离子全氟烷基聚氨酯织物整理剂(W FP U)的基本参数如表3所示。

表3　防水防油织物整理剂的基本参数
项目参数项目参数
外观黄色透明至乳白色乳液溶媒水
离子性阳离子稀释性冷水易稀释
pH值 4.0～6.0燃点无
密度/(g/c m3) 1.09保管温度/℃-5～30
有效组分/%25.0稳定性半年不分层2.2　W FPU整理效果
2.2.1　整理剂用量的影响
由于水性全氟聚氨酯织物防水防油整理剂的高分子链段中带有全氟碳链段,因此本身具有极低的表面能。

织物浸轧防水防油剂整理后,纤维上附着低表面能的全氟聚氨酯高分子链段,且在升温过程中,全氟基团逐渐向纤维表面迁移,赋予织物优异的防水防油性。

不同防水防油整理剂用量对整理效果的影响见表4。

表4　整理剂用量对织物拒水拒油效果的影响整理剂用量/(g/L)510203040拒水性/分90100100100100
拒油性/级56677
由表4可知,随着整理剂用量的增加,防水防油效果逐渐增强;一定程度后,再提高用量,整理效果无明显变化。

W FP U最佳用量为10g/L。

2.2.2　交联剂用量的影响
交联剂作为织物整理的重要增效助剂,其作用是使聚合物之间及聚合物与纤维之间牢固结合,提高成膜的强度和黏着性。

随着温度的升高,交联剂在聚氨酯分子链段间产生化学交联,可有效提高织物的防水防油性能。

试验选用自制高效交联剂,在W FP U用量10g/L 的条件下,改变交联剂用量(占整理剂用量的质量分数)对棉织物进行防水防油整理,结果见表5。

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　水性全氟聚氨酯防水防油整理剂的制备及性能印　染(2009No.13)
表5　交联剂用量对织物拒水拒油效果的影响交联剂用量/%010203040拒水性/分100100100100100
拒油性/级66777
表5中,随着交联剂用量的增加,整理织物的三防效果逐渐增强,当交联剂用量达20%后,再提高用量,整理效果无明显变化。

故取交联剂用量为20%。

2.2.3　焙烘温度的影响
焙烘的作用是促使整理剂于一定温度下在纤维表面交联成膜,降低织物的表面能,防止水和油的润湿。

烘干落布后要及时焙烘处理,否则长时间存放会引起树脂过早交联,导致织物平整度(抗皱性能)下降。

焙烘温度要适当,以保证整理剂大分子与纤维充分交联反应。

焙烘时间为150s时,焙烘温度对织物防水防油效果的影响见表6。

表6　焙烘温度对织物拒水拒油效果的影响
焙烘温度/℃80100120140160180
拒水性/分909090100100100
拒油性/级556677
由表6可知,随着焙烘温度的提高,整理剂在棉纤维上的成膜性增强,与棉织物的交联性能提高。

温度过高,如180℃时,整理织物会出现轻微褶皱;200℃时,整理织物稍有泛黄且褶皱严重。

温度过低或过高,交联剂都不能很好地发挥作用,使整理剂不能有效地聚合成膜,导致全氟烷基呈弯曲状不规则排列,致使某些亲水性基团暴露在外层,从而降低织物的拒水拒油效果。

从节约能源和预防织物褶皱的角度考虑,选焙烘温度160℃较为适宜。

2.2.4　焙烘时间的影响
焙烘温度为160℃时,焙烘时间对织物拒水拒油效果的影响见表7。

表7　焙烘时间对织物拒水拒油效果的影响
焙烘时间/s6090120150180
拒水性/分9090100100100
拒油性/级55677
由表7知,拒水拒油等级随着焙烘时间的增加而提高,150s后增幅趋缓,且织物易出现褶皱。

在一定的温度条件下,焙烘时间越长,聚合物成膜和分子交联越充分,整理织物的三防性能越好。

从节约能源和预防织物褶皱的角度考虑,取焙烘时间150s较为适宜。

2.2.5　W FP U整理效果的耐洗性
采用上述优化的W FP U三防工艺对棉织物进行整理,洗涤次数对织物拒水拒油效果的影响见表8。

表8中,经30次水洗后,W FP U整理后织物对水接触角和对油接触角没有明显的变化,说明W FP U整
表8　洗涤次数对织物拒水拒油效果的影响
洗涤次数5
次20次30次水接触角/°138137137
油接触角/°120120119
理织物具有良好的耐洗性。

2.3　W FPU整理织物的接触角
采用优化的W FP U三防工艺对棉织物进行整理,整理后织物对水和油的接触角见图1。

水 油
图1　整理后织物对水和油的接触角
由图1可知,经W FP U整理织物对水和油都有较大的接触角。

3　结论
(1)以异佛尔酮二异氰酸酯(I P D I),1,42丁二醇(1,42BDO)和全氟醇为主要原料,N2异丙基二乙醇胺为扩链剂,二月桂酸二丁基锡(DBT DL)为引发剂,采用自乳化法制得低黏度水性阳离子全氟聚氨酯防水防油剂(W FP U)。

(2)通过试验,优化的W FP U整理工艺条件为: W FP U用量10g/L,交联剂用量20%(占整理剂用量的质量百分数),焙烘温度160℃,焙烘时间150s。

织物经该工艺整理后,对水的接触角可达138°,对石蜡油的接触角可达120°,且耐洗性优异。

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