表4 中和度對(duì)乳液外觀及穩(wěn)定性的影響
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中和度/% |
乳液外觀 |
穩(wěn)定性 |
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60 |
乳白 |
白色沉淀 |
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70 |
乳白 |
1d后沉淀 |
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80 |
白色泛藍(lán)光 |
ld后少許沉淀 |
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90 |
白色泛藍(lán)光 |
穩(wěn)定無(wú)沉淀 |
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100 |
半透明 |
穩(wěn)定無(wú)沉淀 |
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110 |
半透明 |
穩(wěn)定無(wú)沉淀 |
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120 |
乳白 |
穩(wěn)定無(wú)沉淀 |
從表4可知,中和度低于80%時(shí),外觀呈乳白色,體系內(nèi)有沉淀,穩(wěn)定性不佳。隨著中和度的增加,外觀逐漸透明,乳液穩(wěn)定性增強(qiáng),當(dāng)中和度達(dá)到100%時(shí),DMPA中的親水性基團(tuán)—COOH完全被中和成鹽后形成離子中心,超過(guò)110%時(shí),乳液外觀又轉(zhuǎn)為乳白色.因?yàn)橹泻投容^低時(shí),分散性較差,顆?;ハ嗑奂?粒徑大,隨著中和度的提高,親水性增強(qiáng),分散性逐漸改善,從而使聚集狀態(tài)減小[7]。從乳液外觀及穩(wěn)定性可知,中和度控制在90%~110%為宜。
2.2.2 中和度對(duì)水性聚氨酯乳液粘度的影響
親水性基團(tuán)含量對(duì)粒徑的影響是多方面的,當(dāng)中和度較小時(shí),三乙胺的加入使親水性增強(qiáng),粒徑減小;當(dāng)中和度逐漸增大時(shí),溶液的總離子濃度也隨之增大,導(dǎo)致總雙電層厚度和粒子流體動(dòng)力學(xué)體積增加,從而導(dǎo)致粒徑增大.不同中和度對(duì)水性聚氨酯乳液粘度的影響
中和度低于90%時(shí),粘度隨中和度的增加而減小,超過(guò)100%時(shí),由于親水性強(qiáng),流動(dòng)性變差,粘度急劇上升.因此,中和度宜控制在90%-100%。
2.3 封端反應(yīng)的影響因素
2.3.1 封端劑含量
封端劑不僅影響封端反應(yīng),也影響解封反應(yīng),最終會(huì)影響到水性聚氨酯的應(yīng)用效果。本文選擇低溫裂解型封端劑NaHSO3,因?yàn)閬喠蛩釟溻c的低溫解封有利于封端型水性聚氨酯的整理加工,而且和異氰酸酯基團(tuán)反應(yīng)后生成親水基,使封端后的聚氨酯溶于水,形成由疏水部分和親水部分組成的高分子表面活性劑,具有分散和乳化的性能,對(duì)織物的潤(rùn)濕性和滲透性好。在亞硫酸氫鈉與異氰酸酯基團(tuán)的封閉反應(yīng)中,兩者的配比對(duì)封端率有很大的影響。
當(dāng),n(亞硫酸氫鈉)/n(異氰酸酯基團(tuán))<1.2時(shí),封端率隨著量比值的增加而上升,而當(dāng)量比值>1.2時(shí),封端率反而隨著量比值的增加而下降。因此,亞硫酸氫鈉和異氰酸酯基團(tuán)的量比值控制在1.2左右為宜,此時(shí)水性聚氨酯的封端效果較好。
2.3.2促進(jìn)劑
封端劑NaHSO3在水溶液中存在以下動(dòng)態(tài)平衡[8]:
, 亞硫酸氫根的電離不利于封端反應(yīng)的進(jìn)行,促進(jìn)劑NaSO3的加入能抑制亞硫酸氫根的電離,促進(jìn)封端反應(yīng)的進(jìn)行。
封端率隨著亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉量比值的增加而上升,但當(dāng)量比值>0.3時(shí),封端率反而隨之下降。當(dāng)促進(jìn)劑與封端劑的量比值為0.3時(shí),水性聚氨酯的封端效果較好。
2.3.3 溶劑
采用乙醇和水的混合溶液作為溶劑,因?yàn)閬喠蛩釟溻c與異氰酸酯基團(tuán)在其中的反應(yīng)速度比其在純水或乙醇中的反應(yīng)速度快得多。
由圖4可知,當(dāng)乙醇和水的體積比值<0.5時(shí),聚氨酯的封端率隨體積比值的增加而上升;當(dāng)體積比值>1.5時(shí),封端率隨著體積比值的增加反而下降,因此,混會(huì)溶劑中乙醇和水體積比值為0.5比較適宜。
2.4 在織物抗皺整理中的應(yīng)用
從表5可知,整理后棉織物的折皺回復(fù)角從128°提高到185°,獲得了耐久的防皺整理效果。水性聚氨酯在焙烘時(shí)發(fā)生解封,異氰酸酯基團(tuán)與纖維大分子中的氨基和羥基反應(yīng),在纖維大分子上形成“柔性”網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu),部分沉積在纖維無(wú)定形區(qū),依靠摩擦阻力和氫鍵限制了纖維分子鏈或基本結(jié)構(gòu)單元的相對(duì)滑移,2種作用賦予整理后的織物抗皺性和彈性[9]。
表5 自制水性聚氨酯對(duì)織物的整理結(jié)果
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項(xiàng)目 |
回復(fù)角(W+T)/(°) |
白度/% |
斷裂強(qiáng)力/N |
撕破強(qiáng)力/N |
|
未整理 |
128 |
80.2 |
706.6 |
6.5 |
|
整理后 |
185 |
80.0 |
725.9 |
6.8 |
由于所合成的整理劑分子結(jié)構(gòu)不形成共軛發(fā)色體系,因此,織物整理后白度變化不大,可滿足白度要求。經(jīng)該水性聚氨酯整理后,織物的斷裂強(qiáng)力和撕破強(qiáng)力不僅沒(méi)有損傷還有所上升,原因是水性聚氨酯分子鏈較長(zhǎng),具有優(yōu)異的彈性,結(jié)構(gòu)中含有硬段和較大比例的軟段,軟鏈段中含有C-0單鍵和C-C單鍵,而這些單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)頻率高,在常溫下會(huì)有各種構(gòu)象,具有柔順性,與纖維可形成柔性交聯(lián),交聯(lián)后纖維的活動(dòng)性得到了加強(qiáng),在受到外力作用時(shí),分子鏈段可以通過(guò)滑移來(lái)補(bǔ)償和平衡各個(gè)分子鏈上的應(yīng)力分布,分散了應(yīng)力,減小了纖維的受力不均,故拉伸斷裂強(qiáng)力有所提高。
3 結(jié)論
(1)以IPDI、PPG類(lèi)聚醚多元醇及DMPA為主要原料,n(-NCO)/n(-0H)為1.67,DMPA含量為4.5%,采用亞硫酸氫鈉封端,合成了水性聚氨酯乳液。
⑵中和反應(yīng)過(guò)程中控制中和度在90%-100%,能得到性能較好的乳液。
⑶以乙醇和水(體積比值0.5)的混合液為溶劑、亞硫酸氫鈉為封端劑(封端劑和異氰酸酯基團(tuán)量比值1.2)、亞硫酸鈉為促進(jìn)劑(促進(jìn)劑與封端劑量比值0.3) ,可得到封端率高且具有較高穩(wěn)定性的封端產(chǎn)物。
⑷產(chǎn)品用于棉織物的抗皺整理,提高了棉織物的折皺回復(fù)角,無(wú)黃變,織物強(qiáng)力無(wú)損傷并有上升。
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