徐 煒，肖一鳴，周向東

（1.蘇州大學(xué)紡織與服裝學(xué)院，江蘇蘇州 215021；2.現(xiàn)代絲綢國家工程實驗室，江蘇蘇州 215123）

滌綸纖維表面光滑，與棉纖維間的抱合力較差，滌棉混紡織物在加工和使用過程中，在受到機械外力、摩擦力的作用時，棉纖維容易從纖維束中脫落或被拉斷，使得纖維端部暴露出來，在織物表面產(chǎn)生絨毛，而滌綸纖維的強力和抗彎性能好，使得絨毛不能及時從織物表面脫落，并揉合在一起形成毛球［1］。這些毛球易吸附灰塵、污物造成織物光澤黯淡，從而嚴重影響外觀質(zhì)量和服用性能。

水性聚氨酯樹脂整理是提高滌棉針織物抗起毛起球較為有效的方法之一［2］。將水性聚氨酯樹脂整理到織物上能在纖維表面交聯(lián)成網(wǎng)狀膜，使纖維表面包裹上一層樹脂膜，這層樹脂膜能夠使纖維末端黏附于紗線上，并且樹脂膜具有較好的耐磨性［3］，整理后織物與物體摩擦?xí)r，使得纖維不易斷裂形成毛茸，并能減少纖維之間的相對滑移，從而有效地提高織物的抗起毛起球性能［4-5］。但處理后的織物一般會有強力下降、手感較硬和色光變化等突出問題［4］。氨基硅油能賦予織物良好的柔軟性［6］，用有機硅對聚氨酯進行改性，獲得的整理劑兼具有機硅和聚氨酯的優(yōu)良性能［7］，可以彌補聚氨酯的諸多不足。

本實驗采用有機硅對聚氨酯材料進行改性，考察產(chǎn)物對整理后的滌棉針織物手感及抗起毛起球性能的影響。

1 實驗

1.1 材料和儀器

織物：滌棉混紡針織物（400 g/m2，80/20，市售）。

試劑：異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）、二月桂酸二丁基錫（DBTDL）、二羥甲基丙酸（DMPA）、丙酮、三乙胺（TEA）（均為化學(xué)純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司），聚丙二醇（PPG-1 000）（江蘇海安石油化工廠），端氨基硅油（自制，相對平均分子質(zhì)量4 000）。

儀器：Avance 400 MHz 型核磁共振波譜儀（美國Varian 公司），Nicolet 5700 智能型傅里葉變換紅外光譜儀（美國Thermo Nicolet公司），F(xiàn)B-AUTO-A KES自動表面測試儀（日本KES公司），Mathis LTE-S焙烘小樣機（廣東佛山市群展貿(mào)易有限公司），YG401G 型織物平磨儀，YG（B）022D自動織物硬挺度試驗儀（溫州大榮紡織儀器廠）。

1.2 合成方法

在裝有溫度計、攪拌器、回流冷凝管的反應(yīng)釜中加入計量的PPG-1 000，升溫至100 ℃，開啟真空泵，在-0.07～-0.08 MPa 下真空除水2 h，降溫至80 ℃，加入計量的IPDI、適量丙酮，通入氮氣保護，保溫反應(yīng)2 h 后加入計量的擴鏈劑DMPA，擴鏈反應(yīng)1.5 h，得到聚氨酯預(yù)聚體。反應(yīng)方程式如下：

將聚氨酯預(yù)聚體體系降溫至30 ℃，并在降溫過程中加入丙酮調(diào)節(jié)黏度，在攪拌條件下滴加端氨基硅油進行改性（加料完畢后繼續(xù)保溫反應(yīng)2 h），得到有機硅改性聚氨酯；加入計量的TEA，快速攪拌中和30 min，最后加入計量的去離子水高速攪拌乳化分散50 min，制得有機硅改性聚氨酯乳液。反應(yīng)方程式如下：

1.3 織物整理工藝

二浸二軋（整理劑60 g/L，pH=6，軋液率80%）→預(yù)烘（100 ℃，2 min）→焙烘（160 ℃，2 min）。

1.4 測試

紅外光譜（FTIR）：KBr 壓片制樣，用智能型傅里葉變換紅外光譜儀測定。

核磁共振氫譜（1HNMR）：將樣品放入烘箱中，105 ℃恒溫5 h 后用核磁共振波譜儀測試。氘代氯仿（CDCl3）作溶劑，四甲基氯硅氧烷（TMS）作內(nèi)標。

掃描電鏡（SEM）：用TM 3030掃描電鏡進行分析。

彎曲剛度：參照ZB W 04003—87《織物硬挺度試驗方法斜面懸臂法》，在自動織物硬挺度試驗儀上進行測試。

表面摩擦性能：參照FZ/T 01054—2012《織物表面摩擦性能的試驗方法》，在自動表面測試儀上進行測試。

抗起毛起球性：參照GB/T 4802《紡織品織物表面起毛起球性能測定》，在織物平磨儀上進行測試。

離心穩(wěn)定性：將乳液放入離心管，5 000 r/min 離心15 min，觀察是否分層和漂油。

2 結(jié)果與分析

2.1 表征

2.1.1 紅外光譜

圖1a中，3 320 cm-1為NHCOO 與NHCON 的N—H伸縮振動峰，2 265 cm-1為—NCO的特征吸收峰，1 715、1 653 cm-1為NHCOO 的CO 伸縮振動峰，1 105、955 cm-1為C—O—C的伸縮振動峰，表明合成了帶有異氰酸酯基的聚氨酯預(yù)聚體。

與圖1a相比，圖1b中，1 265 cm-1處出現(xiàn)了—SiCH3的甲基變形振動峰，1 099 cm-1處出現(xiàn)了Si—O—Si 與C—O—C 的伸縮振動合頻峰，1 020 cm-1處出現(xiàn)了Si—O—Si 的特征吸收峰，805 cm-1處出現(xiàn)了Si—C的彎曲振動峰，2 265 cm-1處的—NCO特征吸收峰完全消失，3 330 cm-1處的吸收峰變寬，表明聚氨酯預(yù)聚體完全反應(yīng)，合成了有機硅改性聚氨酯。

圖1 聚氨酯預(yù)聚體及產(chǎn)物的紅外光譜

2.1.2 核磁共振氫譜

如圖2所示，—Si—CH3的化學(xué)位移在δ=0～0.20，在δ=0.8～1.0、1.6～1.9、2.7、3.2～3.5 及3.6～3.8 處為IPDI上氫原子的化學(xué)位移，聚醚結(jié)構(gòu)中的—O—CH2—在δ=3.6～3.8處發(fā)生重疊，表明合成了目標產(chǎn)物。

圖2 有機硅改性聚氨酯的1HNMR波譜

2.1.3 掃描電鏡

由圖3可以看出，整理前的織物纖維表面比較粗糙，呈多邊形；經(jīng)抗起毛起球整理劑整理后的織物纖維表面更為光滑，聚合物在纖維表面形成了完整的薄膜，覆蓋了原有的褶皺，織物纖維絨毛緊密黏附在纖維表面，從而使織物不易起毛起球。

圖3 整理前后滌棉針織物纖維的SEM圖

2.2 影響目標產(chǎn)物主要性能的因素

2.2.1 IPDI與PPG物質(zhì)的量比

IPDI 與PPG 物質(zhì)的量比對產(chǎn)物主要性能的影響見表1。

表1 IPDI與PPG物質(zhì)的量比對產(chǎn)物主要性能的影響

從表1中可以看出，隨著IPDI與PPG物質(zhì)的量比增大，整理后織物的抗起毛起球性能提高，MIU 值減小，G值增加。這是由于IPDI與PPG物質(zhì)的量比越大，預(yù)聚體相對分子質(zhì)量越小，反應(yīng)體系中—NCO 基團越多，分子中可以引入更多的聚硅氧烷柔性鏈段，使得MIU 值減??；另外生成脲基的量增加，膜的機械強度增加，在纖維表面形成的膜完整性增強，膜與纖維間的黏附性能增強，從而提高了整理后織物的抗起毛起球性能。但是隨著IPDI與PPG物質(zhì)的量比增加，分子中的硬鏈段量增加，使得織物表面膜的剛度增加，整理后織物的G值增加，手感和柔軟性變差。綜上分析，為使織物獲得良好的抗起毛起球性能和降低整理后對織物手感的影響，IPDI 與PPG 物質(zhì)的量比應(yīng)選2.2∶1。

2.2.2 DMPA用量

由表2可知，隨著DMPA 用量的增加，整理后織物的抗起毛起球性能增強，MIU、G 值增大，柔軟性下降。這是由于隨著DMPA 用量的增加，分子的鏈長增加，相對分子質(zhì)量變大，成膜完整性、黏附力增強，故整理后織物的抗起毛起球性能增強，但是分子中氨基甲酸酯量增加，剛性鏈段比例提高，織物的彎曲剛度和表面摩擦系數(shù)增加，柔軟性降低。為使織物獲得良好的抗起毛起球性能和降低對織物手感的影響，DMPA用量應(yīng)選9%。

表2 DMPA用量對產(chǎn)物主要性能的影響

2.2.3 端氨基硅油用量

由表3可知，隨著端氨基硅油用量的增加，MIU和G 值減小，但是抗起毛起球性能有所下降。這是由于隨著端氨基硅油用量的增加，有機硅改性聚氨酯分子中的有機硅鏈段增加，使得整理劑在纖維表面的成膜、包覆能力及包覆的完整性都有所下降，但是織物表面的動摩擦系數(shù)減小，可以減少纖維間摩擦，抗起毛起球性能可以得到一定的改善。整理劑在纖維表面成膜時氨基硅油鏈段在薄膜表面富集，能賦予織物一定的柔軟性，故整理后織物的G 值減小。為使織物獲得良好的抗起毛起球性能和降低對織物手感的影響，端氨基硅油用量應(yīng)選30%。

表3 端氨基硅油用量對產(chǎn)物主要性能的影響

2.3 應(yīng)用性能

由表4可知，抗起毛起球整理劑整理后滌棉針織物經(jīng)緯向的MIU、G 值略微降低，抗起毛起球性能提升，經(jīng)過15次水洗后各項數(shù)值變化不大，表明整理劑對整理后織物的手感和柔軟性能沒有明顯影響，且具有較好的耐洗性能。這是由于有機硅鏈段能降低織物表面的摩擦系數(shù)，從而降低對整理后織物手感的影響。同時有機硅改性聚氨酯經(jīng)高溫焙烘，在纖維表面成膜且具有較強的附著力，所以整理后織物的抗起毛起球性能提高，具有較好的耐洗性能。

表4 整理前后滌棉針織物主要性能比較

3 結(jié)論

（1）以異佛爾酮二異氰酸酯、聚丙二醇、二羥甲基丙酸、端氨基硅油為原料合成抗起毛起球整理劑，經(jīng)優(yōu)化的合成工藝為：IPDI與PPG物質(zhì)的量比2.2∶1，DMPA 用量9%（對IPDI 與PPG 總質(zhì)量），端氨基硅油用量30%（對聚氨酯預(yù)聚體質(zhì)量）。

（2）在整理劑用量60 g/L、整理液pH=6、焙烘溫度160 ℃、焙烘時間2 min的工藝條件下，經(jīng)過抗起毛起球整理劑整理后的滌棉針織物表面經(jīng)向和緯向動摩擦系數(shù)分別由0.238、0.351 降低至0.201、0.311，經(jīng)向和緯向彎曲剛度分別由1.030、0.229 mN·cm 降低至0.920、0.190 mN·cm，說明整理后的滌棉針織物柔軟性和手感變化較??；而滌棉針織物的抗起毛起球性能提升了2～3級，抗起毛起球效果顯著。