有机硅聚氨酯纳米水分散液制备与织物整理剂应用研究

论文摘要

随着人们的环保意识的加强,无甲醛多功能织物整理剂成为近年来研究的热点。聚氨酯和有机硅是有发展前途的重要织物整理剂。以有机硅改性聚氨酯可望获得多功能的综合性能。本文以异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚环氧丙烷醚二醇（PPG）、端羟丙基聚二甲基硅氧烷（PDPS）、二羟甲基丙酸（DMPA）及实验室合成的N, N-二甲基-N’, N’-二（2-羟基丙基）-1, 3-丙二胺（DMDHPPDA）为原料,合成了有机硅聚醚嵌段聚氨酯（PSU）水分散液。实验中确定了PSU共聚合反应的温度、反应时间、加料方式等主要工艺参数,并对影响PSU体系乳液性能和粒度的亲水扩链剂含量、中和度、乳化方式、异氰酸酯指数(N-NCO/N-OH)、PPG分子量、PDPS分子量等各个因素进行研究,获得了制备外观透明、平均粒径50 nm - 60 nm、PDPS含量0 % - 50 %、贮存良好的PSU纳米水分散液的适宜配方和条件。利用旋转粘度计、动态光散射仪（DLS）、傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）对PSU的相转变情况,粒径大小以及树脂的微观结构进行了分析,用接触角测定仪分析了有机硅含量对PSU薄膜的水接触角的变化。将上述制得的PSU纳米水分散液用于棉布的抗皱整理,考察了整理条件、PSU结构和用量对整理效果的影响规律,确定了PSU作为棉织物抗皱整理应用的适宜配方及整理工艺,比较了PSU与醚化2D树脂对棉织物的整理效果。结果表明,PSU用量8 g/L,二浸二轧,预烘90℃×2 min,烘焙160℃×1. 5min的整理工艺将原布样折皱回复角（143°）提高了50 %,达到213°,将原布样悬垂系数降低31 %,强力保持率为131 %。利用扫描电镜（SEM）,X射线光电子能谱（XPS）对织物的纤维及织物表面进行测试,观察到织物整理后纤维变得光滑平整,织物表面硅氧烷的富集使得织物手感柔软爽滑。综合考察PSU的整理效果,其抗皱、柔软的整理效果较好,强力保持率突出,无醛、水性环保的特点使其应用更有前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 第二章 文献综述
• 2.1 聚氨酯综述
• 2.1.1 水性聚氨酯的分类
• 2.1.2 水性聚氨酯的制备方法
• 2.1.3 离子型聚氨酯的主要制备原料
• 2.1.4 水性聚氨酯的乳化机理
• 2.1.5 水性聚氨酯的成膜机理
• 2.2 水性聚氨酯的改性
• 2.2.1 交联改性
• 2.2.2 NCO封端改性技术
• 2.2.3 复合改性
• 2.3 有机硅-聚氨酯共聚物的结构特点
• 2.3.1 相分离及影响因素
• 2.3.2 减少相分离的途径
• 2.3.3 有机硅改性聚氨酯的应用
• 2.4 水性聚氨酯在纺织工业领域的应用与发展
• 2.4.1 织物表面涂层剂
• 2.4.2 羊毛织物防缩整理剂
• 2.4.3 抗起毛起球整理剂
• 2.4.4 抗静电整理剂
• 2.5 棉织物抗皱整理的历史、发展和现状
• 2.5.1 含甲醛树脂防皱整理
• 2.5.2 低甲醛防皱整理
• 2.6 抗皱整理的作用机理
• 2.6.1 折皱形成的原因
• 2.6.2 抗皱机理
• 2.7 本课题的意义和研究内容
• 第三章 有硅聚氨酯纳米水分散液的制备与表征
• 3.1 试验部分
• 3.1.1 原料与试剂
• 3.1.2 原料处理
• 3.1.3 离子型有机硅聚氨酯水分散液体的制备
• 3.1.4 聚合物胶膜的制备
• 3.2 分析测试及性能表征
• 3.2.1 聚醚及端羟基硅油的羟值测定制备方法
• 3.2.2 异氰酸根NCO含量的测定
• 3.2.3 乳液性能的测定
• 3.2.4 聚合物表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 阳离子型扩链剂的合成
• 3.3.2 制备有机硅聚氨酯水分散体系工艺条件的确定
• 3.3.3 有机硅聚氨酯的结构表征
• 3.3.4 亲水扩链剂用量的影响
• 3.3.5 中和度的影响
• 3.3.6 聚醚分子量对有机硅聚氨酯的影响
• 3.3.7 有机硅分子量对有机硅聚氨酯的影响
• 3.3.8 乳化时搅拌强度对有机硅聚氨酯粒径的影响
• 3.3.9 乳化时搅拌强度对有机硅聚氨酯相转变的影响
• 3.3.10 N-NCO/N-OH对有机硅聚氨酯水分散体系粒径的影响
• 3.3.11 乳液的稳定性
• 3.3.12 PDPS含量对有机硅聚氨酯胶膜水接触角的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 有机硅聚氨酯纳米水分散液织物整理剂的应用
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 试剂与原料
• 4.1.2 试验过程
• 4.2 织物性能测试
• 4.2.1 棉织物折皱回复角的测定
• 4.2.2 悬垂系数的测定
• 4.2.3 织物的断裂强力测试（条样法）
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 有机硅含量及PSU离子类型对棉织物抗皱性能的影响
• 4.3.2 有机硅聚氨酯整理液浓度对折皱回复角的影响
• 4.3.3 烘焙温度对抗皱性能的影响
• 4.3.4 封端剂对抗皱性能的影响
• 4.3.5 亲水扩链剂含量对抗皱性能的影响
• 4.3.6 水洗对抗皱性能的影响
• 4.3.7 有机硅含量对悬垂系数及断裂强力保持率的影响
• 4.3.8 整理液浓度对悬垂系数及断裂强力保持率的影响
• 4.3.9 PSU与醚化2D树脂整理液整理效果的比较
• 4.3.10 有机硅聚氨酯整理液整理前后织物的扫描电镜的分析
• 4.3.11 有机硅聚氨酯整理的棉织物XPS分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢