封端型水性聚氨酯的合成及应用研究

表4 中和度对乳液外观及稳定性的影响

从表4可知,中和度低于80%时,外观呈乳白色,体系内有沉淀,稳定性不佳。随着中和度的增加,外观逐渐透明,乳液稳定性增强,当中和度达到100%时,DMPA中的亲水性基团—COOH完全被中和成盐后形成离子中心,超过110%时,乳液外观又转为乳白色.因为中和度较低时,分散性较差,颗粒互相聚集,粒径大,随着中和度的提高,亲水性增强,分散性逐渐改善,从而使聚集状态减小[7]。从乳液外观及稳定性可知,中和度控制在90%~110%为宜。

2.2.2 中和度对水性聚氨酯乳液粘度的影响

亲水性基团含量对粒径的影响是多方面的,当中和度较小时,三乙胺的加入使亲水性增强,粒径减小;当中和度逐渐增大时,溶液的总离子浓度也随之增大,导致总双电层厚度和粒子流体动力学体积增加,从而导致粒径增大.不同中和度对水性聚氨酯乳液粘度的影响

中和度低于90%时,粘度随中和度的增加而减小,超过100%时,由于亲水性强,流动性变差,粘度急剧上升.因此,中和度宜控制在90%-100%。

2.3 封端反应的影响因素

2.3.1 封端剂含量

封端剂不仅影响封端反应,也影响解封反应,最终会影响到水性聚氨酯的应用效果。本文选择低温裂解型封端剂NaHSO3,因为亚硫酸氢钠的低温解封有利于封端型水性聚氨酯的整理加工,而且和异氰酸酯基团反应后生成亲水基,使封端后的聚氨酯溶于水,形成由疏水部分和亲水部分组成的高分子表面活性剂,具有分散和乳化的性能,对织物的润湿性和渗透性好。在亚硫酸氢钠与异氰酸酯基团的封闭反应中,两者的配比对封端率有很大的影响。

当,n(亚硫酸氢钠)/n(异氰酸酯基团)<1.2时,封端率随着量比值的增加而上升,而当量比值＞1.2时,封端率反而随着量比值的增加而下降。因此,亚硫酸氢钠和异氰酸酯基团的量比值控制在1.2左右为宜,此时水性聚氨酯的封端效果较好。

2.3.2促进剂

封端剂NaHSO3在水溶液中存在以下动态平衡[8]:

, 亚硫酸氢根的电离不利于封端反应的进行,促进剂NaSO3的加入能抑制亚硫酸氢根的电离,促进封端反应的进行。

封端率随着亚硫酸钠和亚硫酸氢钠量比值的增加而上升,但当量比值＞0.3时,封端率反而随之下降。当促进剂与封端剂的量比值为0.3时,水性聚氨酯的封端效果较好。

2.3.3 溶剂

采用乙醇和水的混合溶液作为溶剂,因为亚硫酸氢钠与异氰酸酯基团在其中的反应速度比其在纯水或乙醇中的反应速度快得多。

由图4可知,当乙醇和水的体积比值＜0.5时,聚氨酯的封端率随体积比值的增加而上升;当体积比值>1.5时,封端率随着体积比值的增加反而下降,因此,混会溶剂中乙醇和水体积比值为0.5比较适宜。

2.4 在织物抗皱整理中的应用

从表5可知,整理后棉织物的折皱回复角从128°提高到185°,获得了耐久的防皱整理效果。水性聚氨酯在焙烘时发生解封,异氰酸酯基团与纤维大分子中的氨基和羟基反应,在纤维大分子上形成“柔性”网状交联结构,部分沉积在纤维无定形区,依靠摩擦阻力和氢键限制了纤维分子链或基本结构单元的相对滑移,2种作用赋予整理后的织物抗皱性和弹性[9]。

表5 自制水性聚氨酯对织物的整理结果

由于所合成的整理剂分子结构不形成共轭发色体系,因此,织物整理后白度变化不大,可满足白度要求。经该水性聚氨酯整理后,织物的断裂强力和撕破强力不仅没有损伤还有所上升,原因是水性聚氨酯分子链较长,具有优异的弹性,结构中含有硬段和较大比例的软段,软链段中含有C-0单键和C-C单键,而这些单键内旋转频率高,在常温下会有各种构象,具有柔顺性,与纤维可形成柔性交联,交联后纤维的活动性得到了加强,在受到外力作用时,分子链段可以通过滑移来补偿和平衡各个分子链上的应力分布,分散了应力,减小了纤维的受力不均,故拉伸断裂强力有所提高。

3 结论

(1)以IPDI、PPG类聚醚多元醇及DMPA为主要原料,n(-NCO)/n(-0H)为1.67,DMPA含量为4.5%,采用亚硫酸氢钠封端,合成了水性聚氨酯乳液。

⑵中和反应过程中控制中和度在90%-100%,能得到性能较好的乳液。

⑶以乙醇和水(体积比值0.5)的混合液为溶剂、亚硫酸氢钠为封端剂(封端剂和异氰酸酯基团量比值1.2）、亚硫酸钠为促进剂(促进剂与封端剂量比值0.3) ,可得到封端率高且具有较高稳定性的封端产物。

⑷产品用于棉织物的抗皱整理,提高了棉织物的折皱回复角,无黄变,织物强力无损伤并有上升。
 

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