聚氨酯有机硅共聚物在棉织物上的应用研究

袁洁 贺江平 胡晓侠 冯娜

摘 要：采用自制有機硅聚氨酯整理剂对棉织物进行处理，通过探究轧余率、整理剂用量、预烘温度、焙烘温度和焙烘时间对自制有机硅聚氨酯整理剂在棉织物上应用效果的影响，测试织物手感、白度、强力、抗皱性、亲水性等指标。结果表明：与市售氨基硅油柔软剂SOFT8468的应用对比，织物手感高半级，抗皱性，耐洗性更优。

关键词：棉织物；有机硅聚氨酯整理剂；手感；抗皱性

中图分类号：TS195.5

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2018）02-0066-05

Polyurethane Silicone Copolymer Applied Research on Cotton Fabric

YUAN Jie， HE Jiang ping， HU Xiao xia， FENG Na

（School of textile and materials， Xian Polytechnic University， Xian 710048， China）

Abstract：Self-made organic silicon polyurethane finishing agent was used to treat cotton fabrics. The influence of pickup， dosage of finishing agent， pre-heating temperature， baking temperature， and baking time on the application effect of self-made organic silicon polyurethane finishing agent in cotton fabrics was studied to test the hand feeling， whiteness， strength， wrinkle resistance， and hydrophilicity of textiles. The results show that the self-made organic silicon polyurethane finishing agent is superior to amino silicon oil softening agent SOFT8468 on the market in respect of hand feeling （half grade higher）， wrinkle resistance， and washability.

Key words：cotton； polyurethane modified silicone copolymer； process

天然纤维、合成纤维在染整加工过程中因机械摩擦作用导致织物起毛、手感变差[1]，因此可提升织物手感、滑爽性的柔软剂应运而生，其中效果优异的为有机硅类柔软剂：无毒无害，绿色环保、成本较低并且柔软效果优异、耐久性好，因此有机硅类柔软剂为织物后整理助剂中的主流产品[2]。水性聚氨酯链上含有亲水基团，因此形成的涂膜耐水性差，常需要改性。目前改性方法有交联、共混、共聚、纳米技术等，而采用有机硅改性聚氨酯是当前的研究热点之一[3-5]。本实验采取共聚的方法合成聚氨酯有机硅共聚物。

1 实 验

1.1 材料和仪器

织物：精纺纯棉平纹蚀磨布，176 g/m2，152×132根/10 cm（安徽华茂纺织股份有限公司）。

试剂：聚氨酯有机硅共聚物（自制），氨基硅油柔软剂SOFT8468（市售，清远精细化工有限公司），八甲基环四硅氧烷（D4，工业品，济南谷瑞特化工有限公司），四甲基氢氧化铵（分析纯，上海中锂实业有限公司），二正丁胺（化学纯，研域化学试剂有限公司），环氧封头剂（工业品，上海伊纯实业有限公司），二丁基二月桂酸锡（分析纯，研域化学试剂有限公司），聚乙二醇（PEG，分子量2 000，化学纯，研域化学试剂有限公司），IPDI（分析纯，利宾化工有限公司），1，4-丁二醇（分析纯，西安科洛化学试剂有限公司）。

实验仪器：TM200均匀轧车（佛山市精柯纺织印染有限公司），R-3自动定型烘干机（台湾瑞比染色试机有限公司），YG811型织物悬垂性测定仪（温州纺织仪器厂），JSM6390型扫描电子显微镜（上海精密实验设备有限公司），YG（B）6D-500电子织物强力仪（莱州市电子仪器有限公司），YG541L数字织物折皱弹性仪（南通宏大实验仪器有限公司），WSD-Ⅲ型白度仪（北京康光有限公司）。

1.2 合成工艺

1.2.1 端羟基硅油的合成

在三口烧瓶中加入一定量配比的二正丁胺和环氧封头剂，在85 ℃下反应4 h后，再向烧瓶中加入一定量的八甲基环四硅氧烷（D4）和四甲基氢氧化铵（D4质量的0.05%）后，升温至120 ℃反应2 h得到端羟基硅油。

1.2.2 制备聚氨酯预聚体及扩链

首先将聚乙二醇加入三口烧瓶后，在110～120 ℃抽真空2 h，降温后加入IPDI和催化剂，随后升温至70 ℃，反应2 h，加入一定量的扩链剂（1，4-丁二醇）在70 ℃下反应1 h，得到聚氨酯预聚体。

1.2.3 制备聚氨酯有机硅多元共聚物

将自制聚氨酯预聚体和自制端羟基硅油按照摩尔比1∶1的条件加入烧瓶，升温至75 ℃反应4 h，得到聚氨酯有机硅共聚物。

1.3 棉织物性能测试

柔软整理后的棉织物，在温度为（20±2） ℃、相对湿度为（65±2）%条件下平衡24 h，进行性能测试。

白度：采用WSD-Ⅲ型白度仪测试。

手感：以5～10人组成一个小组，对整理织物进行触摸并评级。将手感分为5级，以未整理的空白 织物定为1级，经有机硅油整理后的织物（同等浓度条件下）手感定为5级[6]。

断裂强力：按GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能第1部分：断裂强力的测定 条样法》，采用YG（B）6D-500型电子织物强力仪测定。

折皱回复角：按GB/T3819—1997《纺织品 织物折痕恢复性的测定 回复角法》，采用YG541L型数字织物折皱弹性仪测定。

润湿性能：参照文献[7]所述的滴水试验进行测定。

硬挺度：采用LLY-01型电子硬挺度仪测定。

耐洗性：按GB/T 8629—2001《纺织品 试验用家庭洗涤和干燥程序》进行洗涤，测定手感，评定柔软效果。

2 结果与讨论

2.1 轧余率对棉织物性能的影响

棉织物在（浴比10∶1）室温下浸渍于整理液中，整理剂质量浓度80 g/L，浸渍5 min（二浸二轧），80 ℃预烘3 min，120 ℃焙烘2 min，优选最佳轧余率，结果见表1和图1。

由表1可知，随轧余率增加，润湿性稍微降低、白度略微提升，手感、硬挺度、悬垂性数据显示出柔软性大幅提升。由于整理液泛蓝光，起到上蓝作用，白度提升。轧余率增大，棉织物携带的柔软剂增加，亲油链段-有机硅链段增多，同时亲水链段-聚醚链段也相对增多，所以润湿性稍微降低；降低纤维间的摩擦系数，柔软性能提升。轧余率大于80%，整理剂与纤维结合点已饱和，因此轧余率选80%。

由图1可知，轧余率增大，折皱回复和断裂强力增加，轧余率大于80%时，折皱回复角和断裂强力略降低。整理剂中的柔软链段功能凸显，纤维刚性下降，织物折皱回复性能降低。纤维中弱点数减少，且织物表面的柔软链段增多，纤维间摩擦系数降低，断裂强力提升。故轧余率选择80%。

2.2 整理剂用量对棉织物性能的影响

将自制聚氨酯有机硅共聚物整理到棉织物上，采用二浸二轧（轧液率80%），80 ℃预烘3 min，120 ℃焙烘2 min，按照1.3测试，结果见图2和表2。

由图2可知，整理剂用量增加，折皱回复角和断裂强力增加，抗皱性提升。用量增大，共聚物在织物表面成膜完整，提升了织物表面的平滑性，纤维中弱点数减少，应力集中现象减少，断裂强力增加；质量浓度大于80 g/L时，断裂强力降低，主要因为共聚物在纤维中形成较多的物理交联，产生应力集中现象所致。整理剂质量浓度选80 g/L。

由表2可知，用量增加，手感提升，悬垂系数降低，硬挺度降低，且均高于未整理的织物，表明织物柔软性能提升，用量增加到一定程度后，织物的手感、悬垂系数、白度不再随用量发生变化。选定整理剂质量浓度为80 g/L。

2.3 预烘温度对织物性能的影响

将自制有机硅聚氨酯多元共聚物整理到棉织物上，采用二浸二轧（轧液率80%），预烘3 min，120 ℃焙烘2 min，按照1.3测试，结果见表3。

从表4可知，预烘温度增加，白度无明显变化，其他性能略有提升。预烘温度大于80 ℃时，各项性能又略微降低。预烘温度对应用性能影响不大。预烘温度选为80 ℃。

2.4 焙烘温度对织物性能的影响

将自制聚氨酯有机硅共聚物整理到棉织物上，采用二浸二轧（整理剂质量浓度80 g/L，轧液率80%），80 ℃预烘3 min。按照1.3测试，结果见表4和图3。

由表4可知，焙烘温度升高，手感先提升后下降，硬挺度先减小后略增大，悬垂系数略增，悬垂性略下降，柔软性提升；白度和润湿性无显著变化。—CH3呈伞状结构支撑在棉织物的表面，棉织物手感提升，悬垂系数及硬挺度降低；温度超过120 ℃时，整理剂与织物反应过于剧烈，导致成膜性变差，且温度过高，易造成织物损伤，手感发硬，柔软性降低，整理剂中的氨基、亚氨基基团易发生黄变，甲基基团可以降低织物对光的反射，致使白度变化不大。

由图3可知，焙烘温度升高，折皱回复角增大，抗皱性提升，焙烘温度大于120 ℃时，折皱回复角略微降低，断裂强力降低。焙烘温度升高，整理剂在织物表面成膜性增强，成膜逐渐完整，织物表面平滑性提升，纤维之间抱合性降低，在硬链段作用下，织物弹性提升，抵抗外力形变的能力提升；焙烘温度大于120 ℃后，成膜过快，成膜不完整，织物受损，强力呈大幅下降。故选择焙烘温度120 ℃。

2.5 焙烘时间对织物性能的影响

将织物在整理液中静置5 min，采用二浸二轧（整理剂质量浓度80 g/L，轧液率80%），80 ℃预烘3 min，120 ℃下焙烘。按照1.3测试，结果如表5和图4所示。

由表5可知，焙烘时间增加，润湿时间降低，润湿性提升；手感提升、悬垂系数降低、硬挺度降低，表明织物柔软性增加。焙烘时间大于2 min时，润湿时间缩短，润湿性提升，手感变差，悬垂系数与硬挺度提升，表明柔软性下降；白度随焙烘时间略有下降。故焙烘时间选2 min。

由图4可看出，焙烘时间延长，折皱回复角逐渐增加，断裂强力先增加后减小。焙烘时间延长，织物成膜越完整，交联越充分，但时间过长易使织物受损而影响织物性能。故焙烘时间选定为2 min。

从上述分析可得自制聚氨酯有机硅柔软剂应用工艺为，将织物在整理液中静置5 min，采用二浸二轧（整理剂质量浓度80 g/L，轧液率80 %），80 ℃预烘3 min，120 ℃焙烘2 min。

2.6 棉织物电鏡测试

按照1.3测试聚氨酯有机硅整理剂、市售氨基硅油柔软剂在棉织物表面的覆盖情况，结果如图5、图6、图7所示。

由图5、图6、图7对比可看出，空白样品纤维表面纹路清晰可见，凹凸不平；经市售氨基硅油柔软剂整理的织物表面纹路略微被有机硅薄膜覆盖，表面基本平缓；而经过聚氨酯有机硅共聚物整理剂处理的棉织物纤维表面明显呈现一层膜结构。说明聚氨酯有机硅共聚物在纤维表面成膜并包覆于纤维表面，使织物具有柔软性能和优良的成膜性。

2.7 自制聚氨酯有机硅整理剂与市售氨基硅油柔软剂应用性能对比

按照1.3中的测试标准测定，结果分别见表6、表7。

由表6可知，自制聚氨酯有机硅整理剂在外观上与市售三元嵌段有机硅柔软剂有很大的区别，且粘度相对较低，具有自乳化性能，乳化后不會出现絮状漂油现象，使用方便。

由表7可知，自制聚氨酯有机硅整理剂相对于市售柔软剂的应用效果而言：织物手感高半级，硬挺度较低；折皱回复角相差不大，说明两者回弹性相当；润湿时间相对较短；强力有所提升、白度相对较高；具有自乳化性能，不用加乳化剂乳化，降低废液COD及BOD值，环保性能高。

2.8 有机硅聚氨酯整理剂耐洗性测试

按照1.3方法测试，结果如表8所示。

由表8可知，随着水洗次数增加，整理剂在棉织物表面所成的薄膜逐渐脱落，手感变差。水洗小于5次对手感影响不大，水洗次数大于5次时，棉织物表面的整理剂薄膜逐渐脱落，手感急剧降低但仍处于3级以上。说明聚氨酯有机硅整理剂处理后的棉织物具有一定的耐洗性。

3 结 论

通过探究轧余率、整理剂用量、预烘温度、焙烘温度和焙烘时间对自制聚氨酯有机硅整理剂在棉织物上应用效果的影响，得出最佳应用工艺：将棉织物在整理液中静置5 min，采用二浸二轧（整理剂质量浓度80 g/L，轧液率80%，浴比10∶1），80 ℃预烘3 min，120 ℃焙烘2 min。整理后，棉织物手感达5级，抗皱性提升，其他各项性能优良。与市售氨基硅油柔软剂SOFT8468的应用效果相比，织物手感高半级，耐洗性好。

参考文献：

[1] 张爱霞，周勤，陈莉.2011年国内有机硅进展[J].有机硅材料，2011，25（3）：171-189.

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[4] 彭莉，林里，穆飞虎.水性聚氨酯皮革涂饰剂的现状及发展[J].皮革化工，2005，22（2）：1-4.

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[7] ANGELO J Sabia.用硅酮聚合物改变超细纤维混纺织物的手感和物理性状[J].印染助剂，1997（1）：38-41.