易去污整理剂FL-5的合成及在羊毛织物上的应用

雒芳林，沈兰萍，凌子超

（西安工程大学纺织科学与工程学院，陕西西安710048）

羊毛织物具有柔软、蓬松、保暖等优良的服用性能，深受广大消费者的青睐，随着生活水平的不断提高，人们对高品质羊毛产品的需求与日俱增。但是羊毛织物存在易起毛起球、易毡缩、洗涤易变形、易沾污等缺陷，给消费者带来诸多不便[1-3]。近年来，研究者们通过改善羊毛纤维表面性能、新型功能整理剂整理、纤维改性与功能整理相结合等方式，在改善羊毛织物易护理和丰富功能性等方面取得了一定的研究进展[4-12]。水性聚氨酯功能整理剂尤其是有机硅改性聚氨酯在纺织领域的研究应用近几年来备受关注。李颖君[13]采用阳离子聚氨酯对羊毛织物进行机可洗防缩整理，取得了良好效果；倪丽杰[14]在聚氨酯基阳离子亲水性氨基有机硅柔软剂的研究上取得突破性进展；徐成书等[15]采用嵌段聚醚硅油改性聚氨酯对羊绒织物进行整理，改善了织物的抗起毛起球性及洗涤防毡缩性。本实验制备了有机硅改性水性聚氨酯并将其应用于羊毛织物，探索它对羊毛织物易护理性能的影响。

1 实验

1.1 材料及仪器

材料：羊毛针织物、聚四氢呋喃（江苏海安石油化工有限公司），异佛尔酮二异氰酸酯、醋酸、N-甲基二乙醇胺（国药集团化学试剂有限公司），线性聚醚改性氨基硅油（深圳泰康新材料科技有限公司），异丙醇（中国上海试剂总厂）。

仪器：SHZ-3型真空泵（河南省予华仪器有限公司），电子天平（余姚市金诺天平仪器有限公司），JJ-1B电动搅拌器（江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司），离心机（长沙市鑫奥仪器仪表有限公司），NDJ-79旋转式黏度计（上海精密科学仪器有限公司），电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏试验设备有限公司），傅里叶变换红外光谱仪（美国Nicolet公司），JSM-5600LV扫描电子显微镜（日本JEOL精密仪器公司），马尔文激光粒度仪（Malvern仪器有限公司），ST10 pH计（奥豪斯仪器有限公司），思维士电脑测色仪（思维士科技公司），M216织物透湿测试仪（青岛山纺仪器有限公司），Y571N摩擦色牢度试验仪，起毛起球测试仪、YG026B电子织物强力机、YG461E数字式织物透气量仪（南通宏大实验仪器有限公司）。

1.2 易去污整理剂FL-5的制备

在装有温度计、冷凝管、搅拌器的干燥三口烧瓶中加入聚四氢呋喃和异佛尔酮二异氰酸酯，常温下搅拌均匀，之后缓慢升温至60℃，恒温30 min，再升温至85℃，恒温80 min，然后降温至60℃并加入N-甲基二乙醇胺，恒温150 min，待测定预聚体中—NCO基团质量分数达到理论值后适当降低转速，缓慢滴加（控制加料时间30 min）线性聚醚改性氨基硅油（硅油采用异丙醇稀释，硅油/异丙醇质量比为1/1.5），滴加结束后提高转速，保持60℃继续反应80 min，然后降温至40℃并加入醋酸，中和15 min，再加入水，强力搅拌乳化40 min，制得理论固含量为30%的易去污整理剂FL-5。

1.3 整理工艺

将布样浸泡在整理液（冰醋酸调节pH至4～4.5，浴比为15∶1）中，50℃处理30 min，水洗、脱水、烘干。

1.4 测试

凝胶色谱：采用凝胶色谱分析仪进行测试。

黏度：采用旋转黏度计进行测定。

离心稳定性：取易去污整理剂10 mL置于离心管中，以4 000 r/min离心20 min，观察稳定性。

耐酸稳定性：取100 mL易去污整理剂，调节pH为3.0，在恒温恒湿箱中80℃静置60 min，观察乳液是否破乳和沉淀。

贮存稳定性：将易去污整理剂用试剂瓶密封置于室温下静置一定时间，观察有无沉淀和分层现象。

亲水性：在平铺的织物表面滴1滴去离子水（滴管距布面10 cm），记录液滴开始与布面接触至水滴完全铺展所需的时间，每块布样测试5个不同部位，取平均值。

粒径：采用激光粒度仪进行测试。

红外光谱：采用傅里叶红外光谱仪进行测试。

扫描电镜：采用扫描电子显微镜进行测试。

易去污性能：按照AATCC—130《易去污测试》进行测试。

抗起毛起球性：按照GB/T 4802.3—2008《纺织品织物起球试验起球箱法》测试。

手感：采用5人触摸织物方式进行评定，结果共分为柔软（5级）、较柔软（4级）、一般柔软（3级）、较硬（2级）和硬（1级）5个级别。

透湿透气性：按照GB/T 12704.1—2009《纺织品织物透湿性试验方法第1部分：吸湿法》测试透湿性能；按照GB/T 5453—1997《纺织品织物透气性的测定》测试透气性能。

尺寸稳定性：按照AATCC 135—2012《织物经家庭洗涤后的尺寸稳定性》进行测试。

耐摩擦色牢度：按照GB/T 3920—2008测试。

色差：以未整理织物为标准样，采用电脑测色仪测试整理剂整理后织物的颜色变化。

顶破强力：依据GB/T 19976—2005《纺织品顶破强力的测定钢球法》测试，测试3次，取平均值。

2 结果与讨论

2.1 FL-5的性能

2.1.1 综合性能

实验制备的易去污整理剂FL-5为半透明泛蓝光乳液，离心稳定性、耐酸稳定性良好，贮存稳定性＞12月，重均分子质量6.85×104，数均分子质量4.82×104，黏度2.86 Pa·s，实际固含量29.4%。

2.1.2 粒径

由图1可知，易去污整理剂FL-5粒径的分散指数（PDI）为0.093，平均粒径（Z-Average）为121.9 nm，而峰值粒径为132.9 nm，说明易去污整理剂FL-5的单分散性良好。

图1 易去污整理剂FL-5的粒径

2.2 红外光谱（FT-IR）

由图2a可知，1 242和803 cm-1处为Si—CH3弯曲摇摆振动吸收峰，1 100 cm-1处为聚硅氧烷链段的特征吸收峰；由图2b可知，3 220 cm-1处为氨基甲酸酯中氨基的伸缩振动特征吸收峰，1 720 cm-1处为CO的伸缩振动特征峰，1 560 cm-1处为—NH的弯曲振动峰和—CO的伸缩振动峰，说明易去污整理剂FL-5中含有氨基甲酸酯的特征结构。另外，图2b 803和1 250 cm-1处为Si—CH3的弯曲摇摆振动吸收峰，1 104 cm-1处为聚硅氧烷链段的特征吸收峰，表明易去污整理剂FL-5中含有聚醚硅油的特征结构。

图2 易去污整理剂FL-5和聚醚硅油的红外谱图

2.3 易去污整理剂FL-5对羊毛织物性能的影响

2.3.1 亲水性与透湿透气性

织物整理前后的透湿透气量及润湿时间见表1。

表1 织物整理前后的透湿透气量及润湿时间

由表1可知，随着整理剂用量的增加，整理后织物的透湿透气性均下降，而亲水性先提高后降低。当整理剂用量为1.0%～2.0%时，织物的透湿性下降幅度不大，且亲水性明显改善。原因是随着整理剂用量的提升，亲水基团增加，亲水性得以改善。然而随着整理剂用量的提升，纤维表面成膜完整性提高，纤维之间的间隙减小，因此整理剂用量超过一定范围后，整理织物的透湿透气性下降。

2.3.2 耐摩擦色牢度、色差与顶破强力

由表2可知，织物整理前后耐摩擦色牢度没有明显差异，总色差小于0.5，说明整理剂对整理织物耐摩擦色牢度及颜色色光基本没有影响，满足生产实际要求。随着整理剂用量的提高，织物的顶破强力先增大后减小，这是由于随着整理剂用量的提升，纤维表面形成包覆膜的完整性提高，交联作用增强，织物的顶破强力增大。而当整理剂用量超过一定范围后，随着成膜黏附作用的增强，易出现应力集中现象，从而造成强力降低。

表2 织物整理前后的耐摩擦色牢度、色差和顶破强力

2.3.3 手感与抗起毛起球性

由表3可知，整理剂用量为0.5%～2.0%时，织物手感明显改善，当整理剂用量超过2.0%时，织物手感反而变差。随着整理剂用量的提升，织物抗起毛起球性明显改善，当整理剂用量提高至1.5%时，相比未整理织物，抗起毛起球性提高近1级。

表3 织物整理前后的手感及抗起毛起球性

整理后织物手感提升的主要原因是整理剂分子中的硅氧烷链段在织物表面富集提高了织物的柔顺性。而当整理剂用量超过2.0%时，织物手感下降主要是因为纤维表面包覆膜的黏附性增强，在一定程度上限制了纤维的相对滑移。整理后织物抗起毛起球性改善，主要是整理剂分子在纤维表面成膜抑制了摩擦造成的短纤维溶出现象。经过20次洗涤后，织物手感及抗起毛起球性能基本不受影响，说明整理效果的耐久性良好。

2.3.4 尺寸稳定性与易去污性

由表4可知，整理后织物的尺寸稳定性和易去污性明显改善。当整理剂用量超过1.5%，经过20次洗涤后，织物的尺寸稳定性和易去污性能仍然保持优良。原因是织物经过整理之后，在表面形成一层光滑的包覆膜，且随整理剂用量的提升，成膜的完整性提高，经过洗涤后纤维通过滑移回复到原位的能力良好；另外，整理剂用量过高，纤维表面成膜黏附性增强，纤维间的滑移受阻，交联程度提高，使织物的耐洗尺寸稳定性进一步提升。而易去污性的改善主要是整理剂分子中携带有亲水性基团，降低了织物的表面能，使污渍在水洗过程中更容易去除。

表4 织物整理前后的尺寸稳定性和易去污性

2.4 扫描电镜

由图3可知，未整理织物纤维表面鳞片清晰，凹凸不平，而经易去污整理剂FL-5整理后，纤维表面光滑平整，形成了完整的包覆膜。

图3 织物扫描电镜图

3 结论

（1）红外光谱表明成功制备了硅油改性聚氨酯型易去污整理剂FL-5，为泛蓝光乳液，稳定性良好；粒径分散指数为0.093，平均粒径为121.9 nm，峰值粒径为132.9 nm。

（2）易去污整理剂FL-5用量为1.0%～2.0%（omf）时，整理织物的各项性能均较好。

（3）未整理织物纤维表面鳞片清晰，凹凸不平；易去污整理剂FL-5整理后纤维表面光滑平整，形成了完整的包覆膜。