高耐水性环保聚氨酯织物涂层剂的制备与性能_纪凤龙.pdf

第3 6卷第3期纺织高校基础科学学报V o l.3 6,N o.3 2 0 2 3年6月B A S I C S C I E N C E S J O U R N A L O F T E X T I L E U N I V E R S I T I E SJ u n.,2 0 2 3 引文格式:纪凤龙,马朋伟,陈春凤.高耐水性环保聚氨酯织物涂层剂的制备与性能J.纺织高校基础科学学报,2 0 2 3,3 6(3):3 0-3 8.J I F e n g l o n g,MA P e n g w e i,CHE N C h u n f e n g.P r e p a r a t i o n a n d p r o p e r t i e s o f t h e h i g h l y w a t e r-r e s i s t a n t a n d e n v i-r o n m e n t-f r i e n d l y w a t e r b o r n e p o l y u r e t h a n e s f a b r i c c o a t i n g sJ.B a s i c S c i e n c e s J o u r n a l o f T e x t i l e U n i v e r s i t i e s,2 0 2 3,3 6(3):3 0-3 8.收稿日期:2 0 2 2-0 9-0 1 修回日期:2 0 2 3-0 2-2 3 通信作者:纪凤龙(1 9 7 3-),男,副教授,博士,研究方向为功能性纺织材料。E-m a i l:t c j i f l 1 6 3.c o m高耐水性环保聚氨酯织物涂层剂的制备与性能纪凤龙1,马朋伟2,陈春凤1(1.五邑大学 纺织材料与工程学院,广东 江门 5 2 9 0 2 0;2.大理大学 工程学院,云南 大理 6 7 1 0 0 3)摘 要 水性聚氨酯是一种环保的织物涂层剂,但存在防水性能差和吸湿返黏等问题,为此本研究制备了一种有机硅改性的多羟基聚氨酯乳液,配合可水分散的多异氰酸酯组成双组分水性聚氨酯织物涂层胶。结果表明:聚硅氧烷改性后聚氨酯乳液粒径增大,粒径分布变宽;当聚硅氧烷质量分数低于6%时乳液可以获得良好的储存稳定性;聚硅氧烷改性可以明显提高聚氨酯涂层表面疏水性,使其不易返黏,但使涂层后织物透湿性降低;交联剂的引入使涂层织物的耐静水压明显提高,且其不易吸湿返黏;但织物手感变得粗糙;当双组分水性聚氨酯的OH/N C O比值低于13时仍能维持柔软手感。关键词 水性聚氨酯;防水性;涂层;可水分散多异氰酸酯开放科学(资源服务)标识码(O S I D)中图分类号:T S 1 7 文献标志码:AD O I:1 0.1 3 3 3 8/j.i s s n.1 0 0 6-8 3 4 1.2 0 2 3.0 3.0 0 5P r e p a r a t i o n a n d p r o p e r t i e s o f t h e h i g h l y w a t e r-r e s i s t a n t a n de n v i r o n m e n t-f r i e n d l y w a t e r b o r n e p o l y u r e t h a n e s f a b r i c c o a t i n g sJ I F e n g l o n g1,MA P e n g w e i2,CHEN C h u n f e n g1(1.S c h o o l o f T e x t i l e M a t e r i a l s a n d E n g i n e e r i n g,W u y i U n i v e r s i t y,J i a n g m e n 5 2 9 0 2 0,G u a n g d o n g,C h i n a;2.S c h o o l o f E n g i n e e r i n g,D a l i U n i v e r s i t y,D a l i 6 7 1 0 0 3,Y u n n a n,C h i n a)A b s t r a c t W a t e r b o r n e p o l y u r e t h a n e i s a k i n d o f e n v i r o n m e n t-f r i e n d l y f a b r i c c o a t i n g s.B u t t h e r e a r e s o m e s h o r t c o m i n g s s u c h a s p o o r w a t e r r e s i s t a n c e a n d s t i c k y h a n d f e e l i n g i n c a s e o f m o i s t u r e a b s o r p t i o n.T h e s i l i c o n e m o d i f i e d p o l y u r e t h a n e e m u l s i o n s c o n t a i n i n g m u l t i p l e h y d r o x y l g r o u p s w e r e p r e p a r e d,w h i c h w e r e c o m b i n e d w i t h w a t e r d i s p e r s i b l e p o l y i s o c y a n a t e s t o f o r m t h e t w o-c o m p o n e n t w a t e r b o r n e p o l y u r e t h a n e(2 K-WP U)f a b r i c c o a t i n g s.I t w a s f o u n d t h a t t h e m o d i f i c a-t i o n b y p o l y s i l o x a n e s g a v e r i s e t o t h e i n c r e a s e o f t h e p a r t i c l e s i z e s a n d t h e i r p o l y d i s p e r s i t y i n d e x o f t h e p o l y u r e t h a n e e m u l s i o n s.Wh e n t h e c o n t e n t o f t h e p o l y s i l o x a n e s w a s l e s s t h a n 6%t h e e m u l-s i o n s c o u l d b e s t a b l e i n s t o r a g e.M o d i f i c a t i o n b y p o l y s i l o x a n e s e n h a n c e d t h e h y d r o p h o b i c p e r f o r m-a n c e o f t h e c o a t i n g s s o t h a t t h e c o a t e d f a b r i c s d i d n o t b e c a m e s t i c k y i n c a s e o f m o i s t u r e a b s o r p-t i o n,b u t a l s o r e s u l t e d i n t h e d e c r e a s e o f w a t e r v a p o r p e r m e a b i l i t y o f t h e c o a t i n g s.W i t h t h e m o d i-f i c a t i o n o f c r o s s l i n k i n g a g e n t,t h e r e s i s t a n c e t o t h e h y d r o s t a t i c p r e s s u r e o f t h e c o a t e d f a b r i c s w a s o b v i o u s l y e n h a n c e d,a n d t h e s t i c k y h a n d f e e l i n g d u e t o m o i s t u r e a b s o r p t i o n t e n d e d t o d e c r e a s e.H o w e v e r,t h e m o d i f i c a t i o n o f c r o s s l i n k i n g a g e n t w a s a l s o i n c l i n e d t o r e s u l t i n t h e h a r d h a n d f e e l-i n g o f t h e c o a t e d f a b r i c s.Wh e n t h e OH/N C O r a t i o o f t h e t w o-c o m p o n e n t w a t e r b o r n e p o l y u r e-t h a n e s w a s n o m o r e t h a n 13,t h e c o a t e d f a b r i c s s h o w e d s o f t h a n d f e e l i n g.K e y w o r d s w a t e r b o r n e p o l y u r e t h a n e;w a t e r r e s i s t a n c e;c o a t i n g;w a t e r d i s p e r s i b l e p o l y i s o c y a n a t e0 引 言 织物的涂层整理能改变织物的外观风格,也能赋予 织 物 特 殊 的 功 能 性,从 而 提 高 织 物 的 附 加值1-3。聚氨酯(P U)织物涂层剂具有弹性优异、手感柔软、强度高、耐磨、耐溶剂、耐低温等优点,在各种织物涂层剂中占有重要地位4-7。传统的溶剂型P U涂层剂具有成膜性好、耐水压高、烘燥快等特性,但需大量有机溶剂,成本高且毒性大、易燃、和污染环境。水性聚氨酯(WP U)涂层剂具有无毒、不燃、安全、无污染的优点5-6。但是WP U涂层剂还存在强度低、耐水压低和吸湿后手感返黏等问题。这主要是因为,单组分的WP U涂层剂是线性高分子材料,且合成中采用了大量亲水基团,导致涂层强度低且耐水性差。为了改善WP U涂层耐水性差的问题,有研究者通过引入疏水链段来改善WP U的亲水性。如采用有机硅等疏水性较强的多元醇为原料制备WP U,结果显示涂层织物防水性能得到提高8-1 2,然而,WP U分子都是线性结构,力学性能较差。在合成过程中引入交联性单体可以提高涂层的力学强度和耐水性1 3-1 5,然而,受合成条件限制,这些交联性单体使用的量受到限制,对性能的提高有限。目前工业上常采用外加交联剂如多氮丙啶和氨基树脂等来改善WP U织物涂层的力学性能和耐水性。但是这些交联剂有毒。所以,找到一种安全可靠的交联剂具有重要的现实意义。近年来,一种环保的可水分散性多异氰酸酯获得较快发展,在水性树脂领域中获得广泛应用1 6-1 9。可水分散多异氰酸酯与含羟基组分的水性聚氨酯组成双组分聚氨酯(2 K-WP U),可广泛应用于汽车、木器、塑料、工业维护等领域2 0-2 2。目前系统研究双组份水性聚氨酯在织物涂层方面的应用的研究还不多2 3,同时采用疏水基团和交联改性的研究还未见报道。本文针对WP U涂层强度低、耐水性差等问题,合成了一种多羟基封端的有机硅改性水性聚氨酯(S i WP U)涂层整理剂,配合可水分散多异氰酸酯组成双组份有机硅改性水性聚氨酯(2 K-S i WP U),通过引入疏水基团和环保性交联剂来改善WP U涂层的上述问题。研究了有机硅含量对乳液性能影响和双组份体系中可水分散多异氰 酸酯交联剂 对 涂 层 织 物 性 能 的影响。1 实 验1.1 原料聚丙二醇(P P G 2 0 0 0,工业级,山东蓝星东大化工);甲苯二异氰酸酯(T D I,工业级,科思创);双羟基单封端聚硅氧烷(P DM S,自制);二羟甲基丁酸(DMB A,工业级,江西南城红都化工科技开发有限公司);二月桂酸二丁基锡(A R,国药集团);三乙胺(T E A,A R,国 药 集 团);丙 酮(A R,国 药 集 团);1,4-丁二醇(B D O,A R,国药集团);三羟甲基氨基甲烷(THAM,A R,阿拉丁);可水分散多异氰酸酯固化剂(自制)1 3;消泡剂(B YK-0 2 8,B YK公司);增稠剂(S E,江苏三木化工);防水剂(T G-4 1 0 C,传化股份有限公司);春亚纺(2 4 0 T,涤纶)。1.2 仪器L S J B 1 2 0电动搅拌机(常州励岸宝机械设备有限公司);R E-2 0 0 0 E旋转蒸发仪(上海一凯仪器设备有限公司);C L S F S-0.4高速分散机(驰勒上海机械科技有限公司);H B-B L化验室小轧车(佛山市顺德区容桂荟宝染整机械厂);H B-D D-T C织物涂层 小 样 机(佛 山 市 顺 德 区 容 桂 荟 宝 染 整 机 械厂);M-I I I拉幅小样定型烘干机(杭州百铭仪器有限公司)。1.3 S i WP U乳液的合成向装有温度计和电动搅拌器的1 0 0 0 m L四口烧瓶中加入2 0 0 g P P G 2 0 0 0,加热至1 2 0 并真空处理6 0 m i n;降温至7 0 后加入的一定质量的T D I,加料后将反应温度保持在7 5 8 0,搅拌反应2 h;再加入B D O和D M B A,继续搅拌反应2 h,用适量丙酮降13第3期 纪凤龙,等:高耐水性环保聚氨酯织物涂层剂的制备与性能低黏度;停止反应,待温度降至室温后,加入一定量的T E A,搅拌3 0 m i n;再在快速搅拌条件下加入一定量的T H AM的去离子水溶液进行乳化,旋蒸去除丙酮溶剂,得到含固量约3 0%的多羟基封端的W P U乳液。采用相似的合成方法,在P P G 2 0 0 0中加入占聚合物总质量2%、4%、6%、8%的P D M S,将样品分别记为S i W-P U-1、S i W P U-2、S i W P U-3和S i W P U-4。图1所示为S i W P U合成反应过程。图1S i WP U合成反应过程F i g.1S y n t h e s i s r e a c t i o n s o f S i WP U1.4 2 K-S i WP U膜和涂层织物的制备利用自制的WP U乳液和3种S i WP U乳液,分别与可水分散多异氰酸酯按羟基(OH)和异氰酸酯基(N C O)基团摩尔量比OH/N C O=11、12、13和14的配比制备双组份水性聚氨酯(2 K-WP U)和2 K-S i WP U。在双组份乳液中加入0.5%消泡剂,并在高速分散机的作用下分散3 0 m i n,得到均匀的乳液。将制得的乳液WP U、S i WP U-1、S i-WP U-2、S i WP U-3、2 K-WP U和2 K-S i WP U置于硅胶模具中室温自然干燥后,从4 0 升温到1 0 0,每隔2 h升温2 0,再在1 0 0 真空干燥1 h后冷却到室温,得到系列薄膜样品。将制备的双组份乳液用增稠剂进行增稠调浆,调制黏度为1 0 0 0 m P as涂层胶备用。将春亚纺面料剪成4 0 c m 2 5 c m的布样,用3 0 g/L防水剂T G-4 1 0 C作为处理液,一浸一轧做拒水处理,9 0 下烘干2 m i n,再于1 5 0 23 纺 织 高 校 基 础 科 学 学 报 第3 6卷下焙烘3 m i n。采用H B-D D-T C织物涂层小样机将涂层胶刮涂到拒水处理后的布上。施胶后在8 0 下干燥2 m i n,再于1 1 0 下干燥3 m i n。通过调节乳液的含固量和控制刮刀缝隙,使织物上胶干重量在1 01 2 g/m2。制备好的涂层织物被保存在恒温恒湿的实验室内,其中温度范围为(2 02),湿度范围为(6 05)%,以观察织物的物性尤其是手感的变化。1.5 测试与表征1.5.1 乳液性能测试利用Z e t a P l u s激光粒度分布仪(B r o o k h a v e n公司)测试乳液粒径大小及分布。采用N D J-1旋转黏度计测定2 K-S i WP U织物涂层胶的黏度,并根据黏度的变化判断2 K-S i WP U织物涂层胶的适用期。1.5.2 涂层性能测试与结构表征涂层织物接触角测定在德国K RU S S公司的D S A 2 5接触角测试仪上进行,每个样品测量5 个不同位置取平均值,读数时间为水滴落下2 s。样品表面的元素分析采用赛默飞的T h e r m o e s c a l a b 2 5 0 X i光电子能谱仪测定。1.5.3 涂层织物性能测试涂层织物的硬挺度采用Y G(B)0 2 2 D型全自动织物硬挺度仪(温州际高检测仪器有限公司)进行测试。根据J J F(纺织)0 5 42 0 0 6校准规范,每个样品测3次,取平均值。涂层织物透湿量(WV P)按照G B/T 1 2 7 0 4.12 0 0 9标准,采用宁波纺织仪器厂的Y G 6 0 1型电脑式织物透湿仪测试。涂层织物耐静水压按G B/T 4 7 4 4-2 0 1 3标准进行测试,采用宁波纺织仪器厂的Y G 8 2 5 E-2 0型数字式渗水性测试仪测定。涂层织物断裂强力参照G B/T 3 9 2 3.12 0 1 3标准,采用Y G 0 2 6 H/I型电子织物强力机进行测试。2 结果与讨论2.1 P DM S含量对S i WP U乳液性能的影响本研究采用离心机在3 0 0 0 r/m i n 条件下进行离心加速沉降,测试各乳液的贮存稳定性,1 5 m i n 后观察乳液的外观。除S i WP U-4乳液出现分层情况,其余乳液保持稳定,可以认为其余乳液具有良好的储 存 稳 定 性。图2所 示 是WP U、S i WP U-1、S i WP U-2和S i WP U-3的平均乳液粒径分布情况。由图2可得以上4种乳液的平均乳液粒径分别为3 5 n m、3 9 n m、4 5 n m和5 3 n m,其多分散性指数(P D I)分别为0.1 5 8、0.1 7 2、0.1 8 3和0.2 4 5。可以看出,随着P DM S含量的增加,水性聚氨酯的粒径从3 5 n m增加至5 3 n m。在亲水扩链剂DMB A含量相同的情况下,P DM S疏水性链段的引入降低了水性聚氨酯的亲水性,导致粒径增大,且粒径的分布更宽。因此,有机硅链段会影响WP U的乳液稳定性。当聚硅氧烷质量分数低于6%时乳液可以获得良好的储存稳定性。图2.P DM S含量对S i WP U乳液粒径的影响F i g.2 E f f e c t o f P DM S c o n t e n t o n t h e S i WP U e m u l s i o n s p a r t i c l e s i z e s2.2 F T-I R为了表征有机硅改性水性聚氨酯的分子结构,本研究对WP U、S i WP U-1、S i WP U-2、S i WP U-3的薄膜样品进行F T-I R分析,图3所示为4种薄膜样品的F T-I R谱图。图34种薄膜样品的F T-I R谱图F i g.3F T-I R s p e c t r a o f t h e f o u r k i n d s o f m e m b r a n e s由图3可以看出,3 3 4 0 c m-1处的吸收峰为为羟基-O H、仲氨基-N H-的伸缩振动吸收;2 9 7 0 c m-1、2 9 2 0 c m-1和2 8 7 5 c m-1附近的吸收峰为-C H3、-C H2、-C H的伸缩振动吸收峰2 4;1 7 1 4 c m-1附近的单吸收峰为C=O的伸缩振动峰,在1 5 4 2 c m-1处出现了C O-N H中N H变形振动峰,这些峰的出现表明了合成产物中存在氨基甲酸酯2 4-2 5;在1 3 0 01 0 0 0 c m-1区间出现的吸收峰是醚键C-O-C的特征吸收峰与聚硅氧烷的特征吸收峰的重合。8 0 7 c m-1 处的吸收峰是有机硅分子中S i-C H3键的摇摆振动吸收峰1 7-1 8,而W P U样品在这个位置没有吸收峰,表明P D M S引入了水性聚氨醋分子链中。2.2双组份乳液的适用期双组份体系的适用期决定其可加工性。本研究33第3期 纪凤龙,等:高耐水性环保聚氨酯织物涂层剂的制备与性能通过检测乳液和交联剂混合后黏度随放置时间变化情况来判断其适用期。图4是乳液S i WP U-2和多异氰酸酯室温下混合后得到的2 K-S i WP U黏度随放置时间而变化的情况。图4 2 K-S i WP U涂层胶黏度随放置时间变化的情况F i g.4 T h e c h a n g e s o f t h e 2 K-S i W P U c o a t i n g s v i s c o s i t ya s t h e e l a p s e o f t i m e a f t e r p r e p a r a t i o n 由图4可以看出,当OH/N C O=11时2 K-S i WP U涂层胶在放置初期,其黏度随放置时间延长而稍有降低,在约3 0 m i n后达到最低并维持不变,而在2 4 0 m i n后黏度逐渐上升。同样,当OH/N C O=12、13和14时,2 K-S i WP U在放置初期,其黏度均随时间延长而稍有降低,并在约3 0 m i n后达到最低并维持23 h,当放置达到某个时间后黏度快速上升。当2 K-S i WP U涂层胶黏度快速上升时就可以判断达到其适用期。由图4可以看出4种配比的涂层胶的适用期分别为2 4 0 m i n、2 2 5 m i n、1 8 0 m i n和1 5 0 m i n。在2 K-S i WP U乳液体系中存在N C O与OH、水以及氨基甲酸酯之间的复杂反应。当交联剂用量低时,N C O主要与OH反应,形成交联 网络的速度 较慢;当交 联剂用量较 高时,N C O除了与OH发生反应还和水反应生发生反应形成脲基甲酸酯,能更快地形成交联网络,乳液黏度上升较快。可见,当交联剂用量增大时,2 K-S i WP U乳液的适用期短。2.3涂膜表面元素分析图5所示为双组份乳液涂膜的表面X P S图谱。其中样品A和B是由S i W P U-2分别在OH/N C O=1 1 和OH/N C O=14条件下制备的2 K-S i W P U涂膜;样品C是由W P U在OH/N C O=11条件下制备的涂膜。由图5可知,3种涂膜均显示了属于C、N和O的特征峰,而且样品A和B还显示了属于S i元素的特征峰,分别对应的是S i 2 s(1 5 4 e V)的和S i 2 p(1 0 1 e V),说明涂膜存在有机硅链段。由X P S测得的3种胶膜的表面元素组成见表1。图5 3种2 K-WP U胶膜的X P S图谱F i g.5 T h e X P S s p e c t r a o f t h e t h r e e k i n d s o f m e m b r a n e s表1 由X P S测得的3种胶膜的表面元素组成T a b.1 T h e s u r f a c e e l e m e n t c o m p o s i t i o n s o f t h e t h r e ek i n d s o f m e m b r a n e s d e t e r m i n e d b y t h e X P S t e s t s涂膜样品元素含量/%CNOS iS i(理论值)A6 3.63.9 71 9.3 51 2.0 70.8 6B6 5.44.0 52 0.6 79.2 10.8 6C7 9.25.2 61 3.8 00.0 00.0 0 测试表明,样品A和B表面S i元素含量远高于样品的S i理论含量值。这是因为,P DM S与聚氨酯的相容性差,在2 K-S i WP U涂膜中可以通过链段的活动迁移到涂层表面,在涂层表面富集8-9。另外,从图5和表1还看到样品A表面的S i含量略高于样品B表面的S i含量,这可能是因为样品B所用的可水分散多异氰酸酯的量4倍于样品A。而交联剂用量增大导致涂膜的物理和化学交联程度提高,涂膜也更致密,而P DM S的链段运动受到更大限制,向涂层表面的迁移能力降低,导致样品B表面的硅元素含量降低。2.4 涂层织物的防水透气透湿性能表2所示为双组份乳液涂层织物的防水透气性能。由 表2可 见,WP U、S i WP U-1、S i WP U-2和S i WP U-3这4种乳液中OH/N C O比例降低,即随着交联剂用量的增加涂层织物的接触角略有提高,这主要是因为交联剂的引入减少了OH等亲水基团的含量,增加了涂层的致密度,减少了涂层吸湿的倾向。还可以看到,在相同OH/N C O比例的情况下,WP U、S i WP U-1、S i WP U-2和S i WP U-3组成的双组份涂层织物的接触角明显提高,这主要是因为乳液中有机硅链段在涂层表面的富集增加了涂层表面的疏水性。另外,4种乳液中引入交联剂后涂层织物的耐静水压都增加,而且随着交联剂用量的增加明显提高,这主要是因为交联剂中的N C O基团不仅可以和乳液中的OH基团形成交联反应,而且也可以和聚43 纺 织 高 校 基 础 科 学 学 报 第3 6卷氨酯中的氨基甲酸酯形成交联反应,也可以和水反应形成脲基甲酸酯,进而和聚氨酯形成互穿网络结构进一步提高物理和化学交联。由表2还可以看到,随着交联剂的引入,涂层织物的透气量和透湿量都有所降低。这主要是因为,交联剂的引入提高了涂层的致密度,而且亲水基团也减少了,使得涂层通过亲水基团对水分子传递的能力降低。另外,还可以看到,在相同的OH/N C O比值下,涂层织物的透湿量随着乳液中P DM S用量的增加而降低,这说明疏水的有机硅链段减少了涂层透湿性。尽管交联剂和有机硅的链段的引入降低了涂层织物的透湿性,但在本研究的配方条件下,仍然保持较高水平。表2涂层织物的防水透气和透湿性能T a b.2T h e w a t e r r e s i s t a n c e a n d w a t e r v a p o r p e r m e a b i l i t y p r o p e r t i e s o f t h e c o a t e d f a b r i c s 乳液乳液交联剂比例OH/N C O接触角/()耐静水压/(mm水柱)透气量/(mms-1)透湿量/gm-2(2 4 h)-1108 1.14 6 01 1.8 22 2 1 6.4 8118 1.25 0 01 1.5 32 1 9 7.2 3WP U128 1.65 8 01 1.3 42 1 4 9.4 5138 2.36 5 01 1.0 52 0 7 6.8 7148 2.96 9 01 0.9 81 9 9 7.0 6119 3.85 1 01 1.7 92 1 4 5.5 6S i WP U-1129 3.66 0 01 1.4 72 1 2 9.7 9139 4.76 6 01 1.2 52 0 5 6.0 7149 4.17 1 01 0.6 01 9 5 2.8 4119 8.45 5 01 1.6 82 1 2 1.0 8S i WP U-2129 9.76 4 01 1.4 52 1 0 7.4 2131 0 0.56 9 01 1.3 32 0 0 4.3 4141 0 4.27 3 01 1.2 81 9 4 2.8 5111 1 1.35 6 01 1.9 22 0 9 3.5 0S i WP U-3121 1 4.96 6 01 1.6 12 0 5 9.6 1131 1 5.87 0 01 1.5 41 9 9 0.3 4141 1 6.17 3 01 1.4 21 9 0 2.3 82.5 涂层织物硬挺度和手感表3所示为不同的涂层织物的力学性能及同等条件在室温放置6个月后的手感。从表3可以看出随着OH/N C O比值降低,即随着交联剂用量的增加,涂层织物的抗弯长度和抗弯刚度增加,说明织物的硬挺度增加。交联剂用量越多,则会有更多的N C O基团与水和聚氨酯上的氨基甲酸酯发生反应,形成更多的物理和化学交联点,强度也稍有增大。另外,从表3还可以看出,随着乳液中P DM S用量的增加,在相同的OH/N C O比值条件下,涂层织物的抗弯长度和抗弯刚度降低,这是因为,有机硅链段非常柔顺,且有机硅链段的引入降低了聚氨酯硬段相的紧密堆积,破环聚氨酯的物理交联,因而使得涂层的柔软度提高。以往的研究和生产实践发现,水性聚氨酯作为织物涂层整理时会出现吸湿返黏的现象,这是困扰工业界已久的一个技术难题。如表3所示,未加交联剂也未引入有机硅改性的WP U制备的涂层织物在放置6个月后涂层手感发黏,而随着交联剂用量的增加,涂层逐渐手感变硬且不再黏手。这是因为,交联剂用量增加减少了亲水基团的含量,增加了涂层的致密性,降低了吸湿性能,手感不再发黏。从表3还可以看到,在相同的OH/N C O比值条件下,乳液中引入P DM S改性的涂层织物的柔软性更好,也不易出现吸湿返黏现象。这是因为有机硅链段的倾向于迁移到涂层表面,由于有机硅疏水性使得涂层吸湿性能减少,另外,P DM S的柔顺性也赋予织物的柔软的手感。因此,通过引入有机硅改性和结合适当的交联剂可以获得手感柔软且不吸湿返黏的涂层织物。53第3期 纪凤龙,等:高耐水性环保聚氨酯织物涂层剂的制备与性能表3 涂层织物的力学性能及手感T a b.3 T h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d h a n d f e e l i n g o f t h e c o a t e d f a b r i c s乳液乳液交联剂比例OH/N C O断裂强力/N抗弯长度/mm抗弯刚度/(mms-1)放置6个月后手感105 3 9.8 52 1.61 8 9.7柔软,黏手115 3 0.6 02 1.91 9 3.5较为柔软,黏手WP U125 4 1.9 82 3.42 0 2.1适中,黏手135 5 3.0 12 5.52 1 5.8适中,不黏手145 6 2.1 72 6.92 2 6.4偏硬,不黏手115 3 1.4 52 1.21 9 1.4柔软,稍微黏手S i WP U-1125 2 9.6 52 2.01 9 8.1柔软,黏手135 1 3.1 82 3.62 0 9.2适中,不黏手145 4 2.5 62 4.82 1 8.4偏硬,不黏手115 1 1.4 52 0.91 9 0.9柔软,稍微黏手S i WP U-2125 1 9.6 52 1.41 9 4.7柔软,不黏手135 2 3.1 82 2.72 0 3.4柔软,不黏手145 2 2.5 62 4.02 0 9.5适中,不黏手115 0 1.7 32 0.11 8 6.7柔软,不黏手S i WP U-3125 0 8.9 42 0.61 9 3.2柔软,不黏手135 1 7.2 32 1.71 9 6.6柔软,不黏手145 1 2.6 72 3.22 0 1.9适中,不黏手3 结 论本研究制备了有机硅改性多羟基聚氨酯乳液和双组份水性聚氨酯织物涂层胶,研究了有机硅对乳液稳定性的影响,以及交联剂和有机硅对涂层织物的防水、透气、透湿和手感等影响,结论如下。1)有机硅增加乳液粒径和粒径分布,必须合理控制其用量才能保证其乳液稳定性;交联剂用量增加,双组分水性聚氨酯的适用期减少,在不同OH/N C O比例情况下,适用期为1 5 02 4 0 m i n。2)交联剂的引入能明显提高涂层织物的耐静水压,同时降低织物吸湿性,减少吸湿度返黏;但涂层的透气、透湿性能下降,手感变粗糙,当OH/N C O的比值不高于13时仍能维持柔软手感。3)引入有机硅链段后,涂层表面疏水性明显提高,吸湿返黏倾向降低,且有利于提高织物柔软度;但是涂层织物的透湿性降低,在本研究中当P DM S质量分 数 小 于6%的 情 况 下 吸 湿 性 能 降 低 幅 度较小。参考文献(R e f e r e n c e s)1 葛灿,沈卓尔,陈镜宇,等.碳纳米材料涂层织物的制备及其界面光热水蒸发性能J.纺织高校基础科学学报,2 0 2 2,3 5(1):8 1-8 7.G E C,S HE N Z E,CHE N J Y,e t a l.P r e p a r a t i o n o f c a r b o n n a n o m a t e r i a l c o a t e d f a b r i c s a n d i t s i n t e r f a c i a l p h o t o t h e r m a l e v a p o r a t i o n p e r f o r m a n c eJ.B a s i c S c i-e n c e s J o u r n a l o f T e x t i l e U n i v e r s i t i e s,2 0 2 2,3 5(1):8 1-8 7.(i n C h i n e s e)2 王欢欢,唐俊雄,卢绮萍,等.氧化石墨烯涂层织物的制备 及 其 电 磁 性 能 J.纺 织 高 校 基 础 科 学 学 报,2 0 2 1,3 4(2):2 7-3 5.WANG H H,TAN G J X,L U Q P,e t a l.P r e p a r a t i o n a n d e l e c t r o m a g n e t i c p r o p e r t i e s o f g r a p h e n e o x i d e c o a-t e d f a b r i c sJ.B a s i c S c i e n c e s J o u r n a l o f T e x t i l e U n i-v e r s i t i e s,2 0 2 1,3 4(2):2 7-3 5.(i n C h i n e s e)3 毛倩,周捷,李健,等.涤棉窗帘阻燃后整理的参数优化J.纺织高校基础科学学报,2 0 1 9,3 2(1):1 7-2 2.MAO Q,Z HOU J,L I J,e t a l.P a r a m e t e r o p t i m i z a t i o n o f f l a m e r e t a r d a n t f i n i s h i n g o f p o l y e s t e r/c o t t o n c u r t a i nJ.B a s i c S c i e n c e s J o u r n a l o f T e x t i l e U n i v e r s i t i e s,2 0 1 9,3 2(1):1 7-2 2.(i n C h i n e s e)4 陈智杰,虞一浩,符晔,等.柔性阻燃聚酰胺湿法涂层织物的制备及其性能J.纺织学报,2 0 2 1,4 2(1 1):1 1 0-1 1 6.CHE N Z J,YU Y H,F U Y,e t a l.P r e p a r a t i o n