水性聚氨酯乳化改性环氧树脂硬挺剂的合成及应用

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硬挺整理是一种非常重要的织物风格整理,广泛地应用在广告布、帐篷布、箱包布等织物的后整理工艺中,目的是使用硬挺剂在纤维表面、纤维内部以及纤维之间交联成膜,从而使织物获得挺括、厚实的风格。目前市场上的三聚氰胺树脂硬挺剂虽对织物有良好的硬挺效果,且尤其适合对合成纤维的硬挺整理,但整理后的织物会释放对人体有害的甲醛;脲醛树脂类硬挺剂对织物有较好的硬挺效果,但整理后的织物也会释放甲醛;聚乙烯醇类硬挺剂对纤维素织物的硬挺效果好,但此类硬挺剂整理效果的耐水洗性较差;聚醋酸乙烯酯类硬挺剂和聚丙烯酸酯类硬挺剂对纤维素纤维的硬挺效果较好,但这两类硬挺剂对合成纤维的硬挺效果不如三聚氰胺树脂硬挺剂,且整理后的织物缺乏弹性和厚实感。针对这些问题,本课题首先合成了一种含有长疏水侧链和双酚A链段的水性聚氨酯,将合成的水性聚氨酯作为环氧树脂的乳化剂,乳化后加入水溶性的中温潜伏性固化剂丁二酸二酰肼,得到一种水性聚氨酯乳化改性环氧树脂硬挺剂。水性聚氨酯不仅能作为环氧树脂的乳化剂,还能对环氧树脂起到改性作用,使得硬挺剂在赋予织物良好硬挺度的同时,还能在一定程度上提高织物的弹性。具体研究内容和结论如下:(1)以聚丙二醇(PPG)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、1,2-十二烷二醇(在本课题中简称为DCD)、双酚A(BPA)、2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)为原料,二月桂酸二丁基锡(DBTDL)为催化剂,合成了水性聚氨酯(PUE),并添加甲乙酮肟(MEKO)对PUE进行封端,添加三乙胺(TEA)进行中和。PUE的优化合成工艺为:PPG分子量为2000,R值为1.2,w(DCD):w(DMPA)为0.12,中和度为100%;在优化的合成工艺下,合成产物的理化性能指标如下:PUE的数均分子量为79614,亲疏平均值(HLB值)为8,临界胶束浓度(CMC)为1.7×10-2g/L,CMC下PUE水溶液的表面张力γ(CMC)为37.47mN/m。在高速搅拌条件下向PUE中加入去离子水分散,然后依次加入环氧树脂(E51)和丁二酸二酰肼,得到水性聚氨酯乳化改性环氧树脂硬挺剂(PUMEPS)。对PUMEPS进行性能表征,结果如下:PUMEPS的粒径随着E51分子的增加而增大;Zeta电位的绝对值在30mV以上;透射电镜(TEM)照片显示E51分子被PUE分子包裹;当m(E51):m(PUE)在0.2~0.8之间时,PUMEPS有良好的离心稳定性;PUMEPS在40℃的环境下稳定,且在20℃、阴凉干燥的环境中稳定贮存5个月。(2)将PUMEPS固化成薄膜(PUMEPSF),对其进行性能表征,得到的结果如下:当PUE与E51的质量比达到2.4:1时,相比于纯环氧树脂薄膜(EPF),PUMEPSF的交联密度稍有上升,达到0.031;PUMEPSF的热稳定性有所下降;PUMEPSF的玻璃化温度(Tg)有所下降,为37.81℃;PUMEPSF的表面静态接触角有明显的上升,达到84.9℃;PUMEPSF的耐水性也有显著的提升,其吸水率下降到3.4%;PUMEPSF的断裂强力稍有下降,为39.5 Mpa,断裂伸长率稍有提高,为3.7%;PUMEPSF的表面扫描电子显微镜(SEM)照片显示:聚氨酯颗粒分散在环氧树脂基质中。(3)将PUMEPS作为整理剂,以纯棉织物为例,通过浸轧工艺,探究PUMEPS的优化整理工艺,优化后的整理工艺为:m(PUE):m(E51)为0.8:1,焙烘Ⅰ阶段的温度为115℃,焙烘Ⅰ阶段的时间为30min,焙烘Ⅱ阶段的温度为160℃,焙烘Ⅱ阶段的时间为3 min,丁二酸二酰肼中活泼氢的物质的量与E51中环氧基的物质的量之比(计量比)为1:1。采用优化的工艺整理后,纯棉织物的硬挺度达到9.75 cm,水洗5次后的硬挺度为9.67 cm,经向和纬向的总折皱回复角为151.7°,动摩擦平均系数(MIU)为0.83,表面粗糙度(SMD)为3.01 μm,压缩比功(WC)为0.406N·cm/cm2,压缩回弹性(RC)为42.61%;但经向断裂强力和白度有明显的下降,分别下降了 8.4%和14.4%。采用优化后的工艺对涤纶织物进行整理,涤纶织物的硬挺度达到10.84 cm,水洗5次后的硬挺度为10.72 cm,MIU为0.84,SMD为2.48 μm,WC为0.014 N·cm/cm2,RC为86.79%;经向断裂强力下降了 7.1%,白度下降了 3.6%,整理后涤纶织物综合性能良好。
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