杜曉晗

（蘇州健雄職業(yè)技術學院，江蘇 蘇州 215411）

聚氨酯是一種通過加聚反應形成的高分子化合物，高強度、耐高溫、彈性好等特點使其在許多行業(yè)和領域有廣泛的應用[1]。與國外相比，我國聚氨酯的生產應用起步較晚，在生產加工技術以及工藝設備等方面均存在一定的差距。近年來，隨著工業(yè)生產規(guī)模的擴大，聚氨酯的需求量持續(xù)提升，極大地推動了我國聚氨酯生產的工業(yè)化進程，將聚氨酯應用于紡織助劑是我國紡織業(yè)生產的常見現(xiàn)象。

1 聚氨酯概述

1.1 聚氨酯

聚氨酯全稱聚氨基甲酸酯（Polyurethane，PU），屬于加聚反應產生的嵌段高聚物，特有的軟、硬雙段結構賦予其顯著的耐磨性、耐高溫性、強度以及彈性，在低溫下能夠表現(xiàn)出柔性與韌性相結合的手感。目前，聚氨酯作為泡沫塑料、涂料、黏合劑、彈性體的原材料，應用領域涵蓋機電、船舶、車輛、建筑、紡織印染以及航空等[2]。

1.2 制備原料

結合目前我國工業(yè)生產的實況，制備聚氨酯所需的原料主要包括二（或多）異氰酸酯和含有活潑氫的聚酯或聚醚多元醇，生產過程還需要使用一些催化劑、擴鏈劑以及穩(wěn)定劑等。

常用于聚氨酯生產的異氰酸酯主要有二異氰酸酯和三異氰酸酯兩類。二異氰酸酯包括甲苯二異氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯（MDI）等8種。二異氰酸酯中的高度不飽和異氰酸酯基團，能夠與聚酯多元醇或是聚醚多元醇的羥基發(fā)生反應。此外，二異氰酸酯還擁有一定的毒性，根據(jù)動物實驗來看，其毒性與飽和蒸氣濃度關聯(lián)緊密，一般濃度越大，4 h內吸入物質的毒性也越強。

聚氨酯的制備對聚酯多元醇的分子質量、羥值以及酸值均有極高的要求，端羥基與異氰酸酯可以發(fā)生反應并造成鏈終止，反應生成物為酰胺以及一定量的二氧化碳。酰胺基能夠繼續(xù)和異氰酸酯發(fā)生反應，生成物為酰脲基，會對聚氨酯的生產質量造成嚴重的負面影響。因此，一般情況下，聚酯多元醇的酸值需控制在1 mg KOH/g以內，0.3～0.5 mg KOH/g為宜，但酸值不宜小于0.2 mg KOH/g，否則會對聚氨酯生成的速度產生影響。目前，工業(yè)生產中比較常用的聚酯多元醇主要有聚乙二酸乙二醇酯二醇（PEA）、聚乙二酸乙二醇-丙二醇酯二醇（PEPA）、聚己二酸一縮二乙二醇酯二醇（PAG）等9種。

聚氨酯生產中使用催化劑的環(huán)節(jié)為二異氰酸酯和多元醇合成環(huán)節(jié)，催化劑的功能是提高反應速率。如在使用異佛爾酮二異氰酸酯和羥基化合物制備聚氨酯時，若將二月桂酸二丁基錫作為催化劑添加，用量只需0.05%，即可將反應時間縮短為7 h。有機錫以及叔胺類化合物常用作聚氨酯制備的催化劑，從效果上來看，前者催化NCO/OH反應的活性明顯優(yōu)于后者，且能大幅度提高反應活性。在不加催化劑的情況下，假設其活性為1.0，則添加有機錫類催化劑的活性可達到200。但需注意的是，二月桂二丁基錫具有較強的毒性，必須嚴格控制濃度，否則將會損害工作人員的身體健康。一般情況下，二月桂二丁基錫在空氣中的質量濃度不超過0.1 mg/m3。叔胺類化合物多用作聚氨酯和水發(fā)生反應的催化劑，如聚氨酯泡沫塑料制備、發(fā)泡型聚氨酯黏合劑制備等，主要有3個品種，分別是三亞乙基二胺、三乙醇胺[N（CH2CH2OH）3]、三乙胺[N（CH2CH3）3][3]。

擴鏈劑在聚氨酯的制備過程中，主要發(fā)揮擴鏈和交聯(lián)的作用，主要成分為含有羥基或含有氨基的低分子質量多官能團，多與異氰酸酯共同使用，會對聚氨酯產品的性能產生影響，在異氰酸酯過量的情況下，也會與擴鏈劑產生反應，且產物可發(fā)揮交聯(lián)的作用。在實際工業(yè)生產中，二甘醇、甘油、山梨醇等醇類以及二乙烯三胺、3,3-二氯-4,4-二氨基二苯甲烷（MOCA）等胺類常被用作擴鏈劑[4]。其中，后者對人體的呼吸道具有強烈的刺激作用。因此，在使用過程中，操作人員要注意避免吸入含有該物質的蒸汽。在生產過程中，MOVA多用于聚氨酯彈性體和黏合劑生產的擴鏈劑。穩(wěn)定劑用于聚氨酯制備的主要作用是防止聚氨酯樹脂的老化、熱氧化以及光老化和水解，因此，一般會通過添加抗氧劑、光穩(wěn)定劑以及水解穩(wěn)定劑的方式避免這類不利現(xiàn)象的發(fā)生。其中，光穩(wěn)定劑可以吸收紫外線，避免聚氨酯出現(xiàn)光老化現(xiàn)象，水解穩(wěn)定劑常用于聚酯型聚氨酯彈性體的生產過程。

2 水性聚氨酯在紡織助劑中的應用

水性聚氨酯以水作為介質，體系中所包含的有機溶劑較少，除了傳統(tǒng)溶劑型聚氨酯擁有的良好性能之外，水性聚氨酯還擁有節(jié)能、安全、環(huán)保、經濟、易加工等多種全新優(yōu)勢，在紡織助劑中得到了廣泛應用。

2.1 用于天然纖維免燙、防皺、防縮整理劑

在棉和真絲等紡織品的生產中，常用的天然纖維具有一項共同的特性，即遇水膨脹和干燥收縮，先后經過這兩個過程，天然纖維內部的相對位置會出現(xiàn)明顯的變動以及起皺現(xiàn)象。為了避免出現(xiàn)這類現(xiàn)象、保障纖維位置的固定，通常會使用免燙整理劑。過去應用比較廣泛的免燙整理劑為二羥甲基二羥基乙烯脲樹脂（DMDHEV），即2D樹脂，雖然能取得較好的效果，但在加工中會產生大量的甲醛，不僅會危害操作人員的身體健康并污染環(huán)境，還會在面料上形成一定的游離甲醛殘留，對產品消費者的身體健康會造成損害[5]。因此，我國早在2003年就發(fā)布強制性標準，對紡織物的甲醛含量進行了嚴格的限制。在這種情況下，紡織業(yè)必須要找到一種全新的替代品。水性聚氨酯整理劑所包含的聚合物膜與纖維之間形成的化學鍵，使羊毛纖維變得更加平坦，起到防縮和防皺的效果。

2.2 用于織物涂層劑

聚氨酯涂層織物可用于制作具有防水、防羽絨等功能的面料，可耐水、耐寒、耐磨。不僅如此，還具有良好的彈性和手感[6]。如今，紡織業(yè)生產中使用的聚氨酯涂層劑主要可分為溶劑型和水型兩大類。前者所用的溶劑主要有甲苯、DMF等，表現(xiàn)出較為明顯的毒性和易燃性。相較而言，水性聚氨酯則不會對環(huán)境產生污染，且成膜良好，用于織物表面可以形成一層耐久性薄膜，起到防水作用。此外，水蒸氣可以通過聚氨酯無定型區(qū)擴散至表面，使涂層織物獲得良好的防水透濕性能。

2.3 用于紡織固色劑

長期以來，印染與服裝行業(yè)有一個技術難題，即活性染料、直接染料等陰離子染料染色織物的干濕摩擦牢度一直無法達到預期。將水性聚氨酯用作固色劑，經過改性處理后，可以使織物獲得良好的透氣性以及耐磨性能。例如，我國常州大學化工學院的學者以有機錫作為催化劑，利用二異氰酸酯和聚酯多元醇生成了聚氨酯預縮體，之后與端基封閉劑氮甲基二乙醇胺（N-MDEA）或是甲乙酮肟進行混合，在pH處于4～6的情況下，使用冰醋酸進行中和處理，可獲得產物為季銨鹽類陽離子型水性聚氨酯，可用作紡織生產的固色劑[7]。在生產過程中，隨著烘焙溫度不斷升高，水性聚氨酯中被封閉的—NCO將會不斷被釋放，與織物和燃料上含有活潑氫的基團發(fā)生反應，在織物的纖維表面形成保護膜，強化燃料在織物上的附著力。

3 結語

水性聚氨酯擁有傳統(tǒng)溶劑型聚氨酯所不具備的優(yōu)良性能，將其應用于紡織助劑中，可以促進紡織業(yè)生產質量和效率的提升，促使我國紡織業(yè)進一步發(fā)展。