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中圖分類號:TQ323.8；TQ610.4+4文獻標識碼:A文章編號:1004-0439(2013)01-0018-04

活性染料具有色澤鮮艷、使用方便、色譜齊全、成本低廉等優(yōu)點,得到了較快的發(fā)展,但還有很多問題需要改進.如深濃色紡織品的摩擦牢度,特別是濕摩擦牢度低,一直是困擾印染界的一大難題.[1]水性聚氨酯以水為分散介質(zhì),不僅具有溶劑型聚氨酯耐低溫、耐磨、耐脆化、拉伸強度高、韌性好、彈性好等優(yōu)良性能,而且具有不燃、氣味小、無環(huán)境污染等溶劑型聚氨酯所不具備的優(yōu)點.[2-4]但是,無醛固色劑有色變現(xiàn)象,影響染色色光,應(yīng)用受到限制,且價格較貴;固色劑Y中有甲醛釋放不利于環(huán)保,對身體健康有害;納米固色劑VG價格較昂貴[5-6].本文通過合成聚氨酯預(yù)聚體,研制出一種反應(yīng)型聚氨酯預(yù)聚體樹脂,對活性染料染色的純棉織物進行固色處理.測試處理后織物的干、濕摩擦牢度和耐洗色牢度來評價固色效果.

1·試驗

1.1材料

織物:32×32、68×54、37.5"純棉平紋機織物.

藥品:異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)(分析純,嘉興禾欣化學(xué)股份有限公司),聚乙二醇-1000(PEG)、聚丙二醇-1000(PPG)(分析純,上海化學(xué)試劑有限公司),2,2-二羥甲基丙酸(DMPA)(工業(yè)品,廣州國彩顏料化工有限公司),N,N-二甲基吡咯烷酮(NMP)(分析純,天津市大茂化學(xué)試劑廠),丙酮(化學(xué)純,上海振興化工一廠),三乙胺(TEA)(分析純,天津市華真特種化學(xué)試劑廠),二乙烯三胺(分析純,天津化學(xué)試劑有限公司),純堿(分析純,天津市津北精細化工有限公司),NaCl(分析純,天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠),活性紅K-2G(振楊染料化工有限公司).

1.2儀器

Y571B型摩擦牢度試驗機(溫州紡織儀器廠),JJ-1型機械攪拌器(常州國華電器有限公司),SW-12型耐洗色牢度試驗機(無錫紡織儀器廠),101A-1型烘箱(余姚市金宏電子設(shè)備廠),BPS221型電子分析天平(德國賽多利斯公司),TCL-B16型臺式離心機(鹽城市大崗離心機泵廠),HHS-2S型恒溫水浴鍋(余姚市上通溫控儀表廠),NM-450型軋車(日本島津公司),SDM2-12-140型染色機(立信染整機械有限公司),LA-205HZ-85型熱定型機,63761型烘干機.

1.3水性聚氨酯固色劑預(yù)聚體的合成

將PEG、PPG按投料比在90~100℃、0.1 MPa下真空脫水3 h,與IPDI按投料比加入裝有電動攪拌器、冷凝管、溫度計的燒瓶中,開動攪拌器,緩慢升溫到65~70℃,反應(yīng)2 h,取樣品用二正丁胺法測定反應(yīng)中剩余的—NCO含量.若—NCO含量達到理論值,則升溫至70~80℃,加入一定量DMPA的NMP溶液,再反應(yīng)2 h,溫度降至40~50℃,加入適量丙酮降低體系粘度.然后降溫至30~40℃,加入TEA[n(TEA)/n(DMPA)=1]中和成鹽,快速攪拌聚合,反應(yīng)0.5 h.將裝有合成產(chǎn)物的四口燒瓶放入冰水浴中,冷卻至0~5℃,在高剪切力作用下加入一定量去離子水乳化0.5 h,加入計量的乙二胺/二乙烯三胺復(fù)合擴鏈劑進行擴鏈反應(yīng),攪拌反應(yīng)1 h,制得穩(wěn)定的水性聚氨酯乳液.將水性聚氨酯乳液用三乙胺調(diào)節(jié)pH=7~8,加入環(huán)氧氯丙烷,在50~60℃反應(yīng)2.5 h。

1.4染色

工藝配方:染料2%(omf),NaCl 40 g/L,Na2CO3 10 g/L,浴比1∶20.

工藝曲線如下:

式中:w為—NCO含量(%);V0為空白試樣消耗的鹽酸標準溶液體積(mL);V為待測樣品消耗的鹽酸標準溶液體積(mL);c為鹽酸濃度(mol/L);m為樣品質(zhì)量(g).粘度:使用NDJ-8S粘度計測試,選擇2號轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)速為60 r/min,溫度為(25±2)℃.

離心穩(wěn)定性:使用TG16A-W型微量高速離心機測試,轉(zhuǎn)速3 000 r/min,離心15 min.不出現(xiàn)沉淀或分層現(xiàn)象,則可貯存6個月.

摩擦牢度:按GB/T 3920-1997測試.

耐洗牢度:按GB/T 3921.5-1997測試.

2·結(jié)果與討論

2.1水性聚氨酯固色劑合成工藝優(yōu)化

2.1.1預(yù)聚反應(yīng)時間

聚氨酯預(yù)聚體是由異氰酸酯與多元醇經(jīng)親核加成反應(yīng)生成[8],為了合成端基為異氰酸酯基的預(yù)聚體,異氰酸酯應(yīng)該過量.在預(yù)聚反應(yīng)過程中,若反應(yīng)時間過短,反應(yīng)不完全,預(yù)聚體中—NCO含量過高;若反應(yīng)時間過長,可能引起副反應(yīng).如圖1所示,隨著反應(yīng)時間的延長,預(yù)聚體中游離—NCO含量逐漸降低.當(dāng)預(yù)聚時間達120 min以上,體系中游離—NCO含量幾乎保持不變,接近理論值8.43%,表明多元醇幾乎全部與IPDI反應(yīng).因此,預(yù)聚反應(yīng)時間選120 min.

2.1.2 n(PEG)∶n(PPG)

由表1可以看出,當(dāng)用量相同時,PPG比PEG多一個—CH2—基團,PPG親水性比PEG稍差,所以隨著n(PEG)∶n(PPG)的減小,其親水性就會降低,乳液穩(wěn)定性下降.其次,PPG、PEG混合物與異氰酸酯基團等物質(zhì)的量反應(yīng)時,PPG含量增加則聚合物分子質(zhì)量也增加,水性聚氨酯的粘度增大.隨著n(PEG)∶n(PPG)減小,分子鏈中—CH2—含量增加,疏水性增加,水性聚氨酯整理織物后濕摩擦牢度較好,但是PPG比例繼續(xù)增大對其牢度提升不是很大,且乳液穩(wěn)定性變差.綜合考慮,當(dāng)n(PEG)∶n(PPG)=2∶1時,摩擦牢度達到一個較高水平,并且粘度較低,離心穩(wěn)定性也較好.因此,選擇n(PEG)∶n(PPG)=2∶1.

2.1.3 R值[n(—NCO)∶n(—OH)]

由表2可以看出,隨著R值的增大,水性聚氨酯的粘度增大.因為—NCO基團增多,導(dǎo)致乳化時的反應(yīng)性增加,而—NCO基團與水反應(yīng)生成極性較強的取代脲和氨基,乳液表面的脲基極性很大,使得反應(yīng)熱增加,顆粒粘性增加、乳液粘度亦增加,碰撞時易發(fā)生粘連,不易被剪切力分散,粒徑增加,乳液穩(wěn)定性減小.—NH2與—NCO的反應(yīng)活性高,擴鏈反應(yīng)劇烈,當(dāng)胺類擴鏈劑用量增加時,反應(yīng)生成大量脲鍵,分子間氫鍵作用加強,硬段含量增加,分子鏈間纏結(jié)增多,疏水性增強,形成較大的粒子,乳液穩(wěn)定性變差.R值增大,干/濕摩擦牢度增加.因為隨著R值增大,—NCO基團增多,—NCO與纖維形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵,在纖維表面形成較牢固的薄膜,提高了摩擦牢度.綜合考慮,當(dāng)R值為2.5時,摩擦牢度達到較佳水平,且其他各項性能也較優(yōu).因此,選擇R值為2.5.

2.1.4親水?dāng)U鏈劑DMPA用量

由表3可以看出,隨著DMPA用量的增加,水性聚氨酯的粘度增大,原因是聚氨酯分子分散于水中后,疏水的分子鏈段向內(nèi)收縮形成乳液離子的核,帶有羧基的陰離子親水基團分布在乳膠粒子的表面朝向水中,由于粒子的布朗運動,使正負離子在粒子表面形成雙電層.DMPA用量增加,聚氨酯分子中的離子和反離子的數(shù)量都增加,水合離子的雙電層厚度增加,體積增大且與水分子的相互作用增強,電凝滯效應(yīng)增強,粒子的位移阻力增加,導(dǎo)致體系的粘度上升.同時乳液的親水基團—COOH是由DMPA引入的,根據(jù)雙電層理論,DMPA是親水?dāng)U鏈劑,其用量越多,—COOH越多,—COOH的pK越小,電離度越大,則ζ電位越高,乳液穩(wěn)定性越好,離心穩(wěn)定性越好.DMPA用量過大時,聚合物親水性就會較高,織物濕摩擦牢度下降較大.當(dāng)DMPA用量為3.3%時,摩擦牢度達到較佳水平,且其他各性能也較優(yōu),故選DMPA用量為3.3%.

2.1.5非親水?dāng)U鏈劑

由表4可以看出,單用乙二胺作擴鏈劑,摩擦牢度較差,達不到使用要求;單用二乙烯三胺作擴鏈劑,穩(wěn)定性較差,不適合較長時間存放;而選用乙二胺與二乙烯三胺混合擴鏈劑,不僅穩(wěn)定性好,摩擦牢度也達到了較佳水平.因此,選乙二胺與二乙烯三胺混合物作為擴鏈劑.

2.2紅外光譜表征

如圖2所示,3 340 cm-1處為N—H的伸縮振動峰;1 700 cm-1附近為CO—NH的C—O伸縮振動峰;1 500cm-1附近為CO—NH的N—H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,說明確實有氨基甲酸酯生成.1 600 cm-1附近為N—H的彎曲振動吸收峰;1 373 cm-1附近為與季銨正離子相連的CH2彎曲振動峰,說明水性聚氨酯存在—NH3;2 900 cm-1附近出現(xiàn)了C—H伸縮振動吸收峰;1 100 cm-1附近為水性聚氨酯中O—C—O的伸縮振動峰.以上特征峰說明,合成物質(zhì)為水性聚氨酯.

2.3固色效果對比

由表5可知,將水性聚氨酯乳液應(yīng)用于活性染料染色后的棉織物固色整理,織物的干摩擦牢度達到4~5級,與常用的4種固色劑相當(dāng);濕摩擦牢度達到4級,提高了1~2級;耐洗色牢度達到3~4級,提高了1~2級.自制水性聚氨酯固色劑固色效果優(yōu)于常用的4種固色劑.

3·結(jié)論

(1)合成水性聚氨酯固色劑最佳工藝為:預(yù)聚反應(yīng)溫度65℃,反應(yīng)時間2 h,n(PEG)∶n(PPG)=2∶1,R值為2.5,DMPA用量為3.3%,乙二胺與二乙烯三胺混合物作為非親水?dāng)U鏈劑.

(2)染色后棉織物經(jīng)過水性聚氨酯乳液整理,織物干摩擦牢度達到4~5級,濕摩擦牢度達到4級,耐水洗色牢度達到3~4級,固色效果優(yōu)于常用的4種固色劑.

參考文獻:

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發(fā)布時間: 2016-12-23 01:38   來源:中國紡織助劑網(wǎng)  作者:匿名

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