利用聚氨酯(PU)樹脂覆蓋于羊毛纖維表面，可使羊毛織物獲得極佳的防縮效果。國外開始是將端異氰酸酯基(NCO)PU預(yù)聚體溶解在有機溶劑中使用[1]，這類防縮劑最早出現(xiàn)的商品牌號是SynthappretLKF。由于使用有機溶劑，造成環(huán)境污染，對操作人員健康有害。如果回收溶劑，設(shè)備投資大，生產(chǎn)成本高。因此七十年代末又研究了水性聚氨酯羊毛防縮劑[2]，并很快商品化，代表性牌號有：德國的SynthappretBAP，澳大利亞的SirolanBAP，日本的ElastronBAP。其中樹脂是亞硫酸氫鈉(NaHS03)對PU預(yù)聚體的封閉物，當(dāng)它涂覆到羊毛纖維表面后，通過加熱即發(fā)生解封，重新生成帶NC0基團的預(yù)聚體，遇水再繼續(xù)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)或與羊毛分子鏈上某些官能團(如NH2、OH、SH等)產(chǎn)生鍵合反應(yīng)，形成具有交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的彈性膜，因此將這類防縮劑稱為熱反應(yīng)型水性聚氨酯羊毛防縮劑。國內(nèi)已有人做過熱反應(yīng)型水性PU的研制工作[3]，但將它用于羊毛防縮整理的研究未見報道。我們成功地合成了熱反應(yīng)型水性聚氨酯[4]，本文現(xiàn)就它在羊毛防縮整理方面的應(yīng)用研究工作做些介紹。
l實驗部分
1.1原料與整理液配方
1.1.1原料
熱反應(yīng)型聚氨酯水溶液，自制，一般性能如下：
外觀無色透明液體 氣味輕微果香味 pH值6.0 固含量(％)20 粘度(mPa·s)23.5 貯存期(月)＞12 |
陰離子型羥基硅油乳液,含油量28%,蚌埠化工所產(chǎn)；
BX滲透劑，米色粉末.上海助劑廠產(chǎn)，
碳酸氫鈉(NaHCO3)為化學(xué)純試劑；
羊毛織片，精紡32／2S。含毛量100％。
1.1.1.1.2整理液配方
浴比1︰40
羊毛織片100 熱反應(yīng)型聚氨酯水溶液380 陰離子型羥基硅油乳液80 NaHCO312 BX滲透劑4 水3300 |
1.2整理工藝
L1.2.1織片的pH調(diào)節(jié)
1.2.1.1pH測定
將2g羊毛織片浸泡于100m1蒸餾水中，攪拌約1h后，用pH計測定水的pH值。
1.2.
織片的pH值在6以下時，要將其調(diào)至接近中性(pH＝7±1.0)。將織片浸泡于2g／L(pH在3-4的極低情況下用3g／L)NaHCO3溶液中，完全潤濕后再進行脫水、干燥(120℃×6min)。織片不易潤濕時，要添加滲透劑。
1.2.2整理工藝流程
配制整理液→毛織片浸濕→離心脫水(軋余率60％-80％)→熱處理(130℃×8min)→熱水洗(70℃×10min)→干燥(120℃×6min)→成品
1.3性能測試
整理液pH值用PHS-2型pH計(上海產(chǎn))測定。
羊毛織物機洗后松弛及氈化收縮率根據(jù)GBll05l-89標(biāo)準(zhǔn)，在Y(B)089型全自動縮水率試驗機(浙江溫州產(chǎn))上測定，該標(biāo)準(zhǔn)等效于國際羊毛局IWSTM3l-1983標(biāo)準(zhǔn)。
羊毛織物頂破強度按GB7742標(biāo)準(zhǔn)測定，腋下強力按GB8687標(biāo)準(zhǔn)測定，起球按GB4802.3標(biāo)淮測定，染色牢度分別按GB8427、GB3921、GB5713、GB3922、GB3920標(biāo)準(zhǔn)測定。羊毛表面樹脂由羊毛整理前后紅外光譜的差譜來鑒定，用美國產(chǎn)170SX型紅外光譜儀測試，分辨率4cm-1。
羊毛纖維表面形貌用日本產(chǎn)X-650型掃描電鏡觀察，放大倍數(shù)1500。
2結(jié)果與討論
2.1防縮整理原理與基本化學(xué)反應(yīng)
一般認為，羊毛織物氈縮主要是由羊毛纖維表面的鱗片結(jié)構(gòu)所引起的。在羊毛纖維表面含有定向排列的鱗片結(jié)構(gòu)(見圖1)、極易產(chǎn)生定向摩擦效應(yīng)(D.F.E)，引起羊毛纖維的相互纏結(jié)，從而產(chǎn)生氈化收縮。因此羊毛織物防縮整理方法的基本原理是建立在如何減小D.F.E的基礎(chǔ)上。通常有兩種方法：
(1)通過氧化劑的氧化作用破壞羊毛的鱗片層；
(2)采用聚合物覆蓋鱗片層.
方法(1)對羊毛纖維有損傷，影響其它性能，如強度、色澤、手感等。另外防縮效果不穩(wěn)定，因此逐漸被方法(2)代替。
使用PU樹脂作為羊毛纖維表面的成膜物，是由于PU具有獨特的分子結(jié)構(gòu)，分子
我們合成的熱反應(yīng)型水性PU為下列結(jié)構(gòu)：
I是一種離子型聚合物，因此具有良好的水溶性。其中-NHCOSO3-Na+離子基團在堿性條件下通過加熱可解封為NCO基團，I生成預(yù)聚Ⅱ:
Ⅱ中NC0基團遇水生成胺(NH2)基團:
由于I為三官能度，當(dāng)它涂覆到羊毛纖維表面后，在堿性條件下通過加熱即形成具有交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物膜。另外，I中NCO基團反應(yīng)活性很高.也可與羊毛纖維表面OH、NH2、SH等基團發(fā)生下列反應(yīng)：
結(jié)果使聚合物與羊毛纖維之間形成化學(xué)鍵連接，兩者產(chǎn)生更牢固的結(jié)合，保證羊毛織物防縮耐久性好。
2.2羊毛的酸堿度對防縮效果的影響
使用熱反應(yīng)型水性聚氨酯對羊毛織物進行防縮整理時，羊毛上所帶有的酸堿度對防縮整理效果影響很大。如表1所示。當(dāng)織片的pH值較低時，防縮效果較差。一般應(yīng)將羊毛織物pH值控制在7±1.0范圍內(nèi)。
表1羊毛的酸酸度對防縮效果的影響*
織片pH值 | 樹脂附著量(％) | 面積氈化收縮率(％) |
4.5 | 0 | 53.7 |
4.5 | 1.97 | 26.5 |
7.0 | 1.74 | 2.4 |
*整理液pH＝7.3.熱處理條件：130℃×8min
2.3整理液pH值對防縮效果的影響
我們通過試驗曾得出結(jié)論[5]，熱反應(yīng)型水性PU只有在堿性條件下才能發(fā)生解封反應(yīng)。因此在進行羊毛防縮整理時，整理液的pH值必須大于7，否則對織物基本上不起防縮作用，表2試驗結(jié)果證明了這一點。
表2整理液pH值對防縮效果的影響*
NaHCO3用量(g／L)** | 整理液 pH值 | 整理液形成凝膠的時間(h，25℃) | 面積氈化 收縮率(%) |
0 | 6.5 | ＞73 | 39.8 |
1 | 6.8 | 52 | 21.4 |
2 | 7.0 | 30 | 8.5 |
3 | 7.3 | 24 | 2.9 |
4 | 7.5 | 20 | 2.8 |
5 | 8.0 | 15 | 1.7 |
*毛織片pH=6.5，樹脂附著量1.8-2.2％.
**NaHCO<
2.4熱處理條件對防縮效果的影響
使用熱反應(yīng)型水性聚氨酯對羊毛進行防縮整理時，熱處理溫度和時間也是影響防縮效果的重要因素，試驗結(jié)果如表3所示。
表3熱處理溫度和時間對防縮效果的影響*
熱處理溫度(℃) | 熱處理時間(min) | 面積氈化收縮率(%) |
90 | 8 | 20.9 |
110 | 8 | 13.7 |
130 | 8 | 2.9 |
140 | 8 | 0.85 |
130 | 6 | 8.4 |
130 | 4 | 15.2 |
*毛織片pH＝6.6，樹脂附著量1.8％-2.2%，整理液pH＝7.3。
在熱處理過程中，羊毛纖維表面樹脂溫度是逐步上升的，可分為兩個階段；第一階段，水份受熱揮發(fā)，樹脂溫度＜l00℃，只有少量RNHCOSO3-Na+解封.樹脂沒有形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，熱處理溫度越低，這一段的時間就越長。第二階段羊毛纖維表面只有微量水份存在，樹脂溫度很快與熱處理溫度達到平衡，隨即發(fā)生解封，交聯(lián)以及與羊毛的鍵合反應(yīng)，纖維表面形成具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚合物膜，熱處理溫度越高，完成交聯(lián)反應(yīng)所需的時間就越短。因此熱處理溫度過低或時間太短，都會使交聯(lián)反應(yīng)進行得不完全，最終影響羊毛織物的防縮效果。通過試驗我們確定熱處理條件為l30-140℃×8min。
2．2．5樹脂附著量對防縮效果的影響
圖2樹脂固著量與氈化收縮率的關(guān)系
樹脂附著量為l00%羊毛纖維上所附著的樹脂的克數(shù)，可按下式計算：
樹脂附著量(％)=防縮劑在整理液中的濃度(％)×防縮劑固含量(％)×軋余率(％)
其中軋余率(％)＝[(離心脫水后毛織片重-干毛織片重)／干毛織片重]100％
使用熱反應(yīng)型水性聚氨酯對羊毛織物進行防縮整理時，只有當(dāng)羊毛纖維上樹脂附著量達到一定值后。才能取得良好的防縮效果，如圖2所示，樹脂附著量過高，織物手感變差。因此我們確定樹脂在羊毛纖維上的附著量以在1.5％-2.5％范圍內(nèi)為宜。
2.6全面性能測試結(jié)果
我們對整理前后的羊毛纖維做了紅外光譜測試，從兩者的差譜圖(見圖3)上可以看
圖3羊毛整理前后紅外光譜的差譜圖
使用熱反應(yīng)型水性PU解決羊毛織物的氈縮問題時.也應(yīng)考慮到整理后可能存在的負效應(yīng)。為此我們對整理后的羊毛衫進行全面性能測試，結(jié)果如表4所示。所有性能均達到FZ73003-9l標(biāo)準(zhǔn)，其中松弛收縮和氈化收縮指標(biāo)達到國際羊毛局[I.W.S]機可洗標(biāo)難。
表4羊毛衫整理后全面性能測試結(jié)果
測試項目 | 標(biāo)準(zhǔn)值* | 實測值 | ||
面積氈化收縮(％) | ≤8 | 2.8 | ||
松弛收縮 | 長度(％) | ≤10 | 0.3 | |
寬度(％) | ≤8 | 0.3 | ||
頂破強度[kPa] | ≥294 | 584 | ||
腋下強力(N) | ≥68.6 | 97.0 | ||
起球(級) | ≥2-3 | 2-3 | ||
耐洗 | 原祥變化(級) | 3 | 3 | |
毛布沾色(級) | 3 | 4-5 | ||
棉布沾色(級) | 3 | 4 | ||
耐汗?jié)n | 原樣變化(級) | 3 | 4 | |
毛布沾色(級) | 2-3 | 4-5 | ||
棉布沾色(級) | 2-3 | 3 | ||
耐水漬 | 原樣變化(級) | 3 | 4 | |
毛布沾色(級) | 2-3 | 4-5 | ||
棉布沾色(級) | 3 | 3 | ||
干摩(級) | 3 | 4 | ||
濕摩(級) | 2-3 | 2-3 | ||
*依據(jù)FZ73003-9l標(biāo)準(zhǔn)
聚氨酯樹脂本身具有較好的柔韌性。如果與一定量的聚硅氧烷混合，對羊毛進行防縮整理，整理后的織物防縮效果不變.手感與純羊毛基本接近。
3.結(jié)論
3.1用熱反應(yīng)型水性聚氨酯整理的羊毛織物，其氈化收縮率達到國際羊毛局(I.W.S)規(guī)定的機可洗標(biāo)準(zhǔn)，其它性能測試結(jié)果均符合FZ73003-91標(biāo)準(zhǔn)。織物手感與純羊毛接近，彈性增加，抗皺性提高。
3.2整理過程中影響羊毛織物防縮效果的主要因素有：羊毛的酸堿度：整理液pH值；熱處理條件;樹脂在羊毛纖維上的附著量等。
3.3與其它樹脂不同[6-7]，整理過程中無需對羊毛進行氧化預(yù)處理，避免了羊毛受損傷以及整理工藝上的繁瑣。另外對環(huán)境沒有污染，對操作人員健
致謝：羊毛織物松馳收縮率、面積氈化收縮率、頂破強度、腋下強力、起球、色牢度等項目測試工作，由安徽省紡織產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心陸惠芬高級工程師和鄭世玲工程師完成，在此表示感謝。
參考文獻
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[5]查劉生等,聚氨甲酰基磺酸鹽水溶液凝膠機理的探討.安徽大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，1995，待發(fā)表
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