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        高固低黏水性聚氨酯的合成及其在紡織中的應用進展


        樊武厚1,2,胡于慶1,3

        (1.四川省紡織科學研究院有限公司  四川成都  610072;2.高性能有機纖維四川省重點實驗室  四川成都  610072;3.四川益欣科技有限責任公司  四川成都  610072)


        摘  要:水性聚氨酯(WPU)是一種環境友好的高分子材料,在紡織、皮革、造紙和家具等行業具有廣泛的應用。目前,國內的WPU產品固含量普遍較低,增加其固含量可以提高反應設備的空間利用率、降低產品的運輸成本和單位產品的能耗,便于實現WPU的大規模生產和產品性能的提高。簡要介紹了聚合物乳液固含量的極限理論,綜述了近五年來高固低黏WPU的研究進展,并對其在紡織中的應用進行了展望。

        關鍵詞:水性聚氨酯;高固含量;低黏度;紡織;進展


        Research Progress on the Synthesis of High Solid Content Waterborne Polyurethane with Low Viscosity and Its Application in Textile


        FAN Wu-hou1,2, HU Yu-qing1,3

        (1.Sichuan Textile Scientific Research Institute, Chengdu, Sichuan 610072, China; 2.High-tech Organic Fibers Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu, Sichuan 610072,China;3.Sichuan Yixin Technology Co. , Ltd., Chengdu, Sichuan 610072,China)


        Abstract:Waterborne polyurethane (WPU)is an environmentally friendly polymer material which has been widely application in textile, leather, paper and furniture. At present, the solid content of WPU products is generally less than 40 wt% in domestic. The space utilization of reaction equipment could be improved and the transportation cost and energy consumption per unit product could be reduced through the increasing of the solid content of WPU products, facilitating the realization of WPU production and the performance improvement of the products. Herein, the limit theory of the solid content of polymer latexes is introduced and the research progress on the synthesis of high solid content WPU with low viscosity in recent five years is outlined in detail. Meanwhile, the application of these WPU in textile and its prospection are also further presented.

        Key words:Waterborne polyurethane;High solid content;Low viscosity;Textile;Research progress


        水性聚氨酯(WPU)是一種以水為分散介質的環境友好高分子材料,與溶劑型聚氨酯(PU)相比具有環境友好、能耗低、安全性高等優點。自上世紀60年代Bayer公司通過自乳化法成功獲得穩定性優異的WPU以來,其作為涂料和粘合劑等產品在汽車、家具、紡織和皮革等行業有著廣泛的應用。隨著人們環保意識的日益增強以及各國安全、環保法規的確立和日益完善,傳統溶劑型PU的應用受到越來越多的限制,WPU大有取而代之之勢。然而,WPU相比溶劑型PU也存在諸多不足:

        (1)水的蒸發潛熱比溶劑高,相同固含量下WPU相比溶劑型PU干燥時間長,難以滿足現代生產線的高效率要求[1]。

        (2)WPU固含量偏低,不僅增加了產品的包裝和運輸成本,還會增加應用時的能耗和影響產品的最終效果。例如,經高固WPU涂飾的木器具有更高的表面光澤度、豐滿度和手感以及更優異的涂膜性能,而其作為粘合劑時將明顯縮短干燥時間、提高初粘力;同時改善與基材的界面潤濕性和相容性,提高滯粘力[2]。

        (3)為了獲得良好的水分散性,在WPU合成中需要引入親水性基團,即使通過化學交聯或改性仍難達到理想的耐水性,在用于織物和皮革的整理時濕摩擦牢度往往不夠理想。

        國外在上世紀末期就對高固WPU展開了研究,包括Dow和Bayer等公司的WPU產品固含量普遍在50%以上,甚至有少量固含量在60%或以上的產品,而且其黏度都在1000mPa· s以下[3]。國內高固WPU的研究起步較晚,主要集中在近十年。

        目前,國內WPU產品的固含量普遍都能達到40%,少數廠家也有50%固含量的WPU產品,然而更高固含量的WPU產品卻未見報道。制備高固含量和低黏度(簡稱高固低黏)WPU時主要存在乳液穩定性和黏度兩大困難,乳液固含量越高,單位體積內的乳液粒子數目增多,乳液粒子間的距離越小,其雙電層結構更容易被破壞,導致乳液穩定性下降。因此,必須在保證乳液穩定性的前提下提高其固含量[4]。

        而黏度是乳液性能的另一個非常重要的指標,但高固含量與低黏度在WPU的制備中往往很難兼具,當乳液固含量從較低值逐漸增加時,其黏度也會緩慢增加至某一臨界值,以至很難進一步再提高其固含量[5]。通過WPU合成技術和制備工藝的改進,增加其固含量,能夠提高制備過程中設備的空間利用率,降低單位質量產品能耗和成本,充分發揮其固有特性[6]。

        近年來,國內外科研工作者對高固低黏WPU展開了系統深入的研究,也有不少綜述論文對其固含量理論模型[2,7]、影響因素[4]和階段性研究成果[6-9]進行報道,然而對于紡織用高固低黏WPU的研究卻很少報道。目前,國內外對高固低黏WPU缺乏清晰的界定,根據目前的研究現狀,作者認為固含量≥50%同時黏度≤1000mPa·s的WPU為高固低黏WPU。

        本文在此簡要介紹聚合物乳液固含量的極限理論,詳細介紹國內外近五年來在高固低黏WPU的研究成果,并對其在紡織中的應用前景進行展望,以期對國內紡織用高固低黏WPU的研究和產品開發提供參考。

        1.聚合物乳液固含量極限理論

        對于大多數聚合物乳液,由于界面張力的存在,乳膠粒子通常以球形或近似球形的形式存在。在聚合物乳液固含量的理論模型中,假定乳膠粒子為大小均一的球形,若每個乳膠粒子的體積為V1,整個乳液體系的體積為V2,且V2?V1,那么當乳膠粒子緊密堆積時,其最大體積分數可達74%[10]。而當體系中的乳膠粒子大小不均一時,理論上可以得到體積分數超過74%的乳液體系,這是由于小粒子可以充分占據大粒子之間的空間,大大提高乳膠粒子的空間利用率[7]。同時,大小粒子合適的直徑比和體積比也是非常重要的。

        Greenwood等[11]發現大小粒子的直徑比為6.46時,小粒子能夠充分填充于大粒子的間隙,有助于提高其固含量。Schneider等[12]將三種粒徑分別為60、340和607nm的單分布聚苯乙烯乳液混合,制備出二元分布(60、607nm)和三元分布(60、340和607nm)的混合乳液體系,當二元分布體系中的大小粒子的體積比為85/15、三元分布體系中的大中小粒子的體積比為80/5/15時,可以得到固含量超過70%的聚合物乳液。

        聚合物乳液中乳膠粒子以疏水鏈向內、親水鏈(基)向外的膠束形式在水中分散,通過光散射研究發現其表面存在含水量高達60~80%的水合層,這部分構成乳膠粒子的體積濃度,但卻不構成其實際固含量,導致聚合物乳液的實際固含量達不到理論值。

        2.高固低黏WPU研究進展

        乳液黏度過高會造成嚴重的膏化現象,使得體系流動性差,容易產生凝膠現象。同時,過高的黏度對乳化設備也提出更高的要求,對后期的應用施工也造成極大困難。WPU通常以聚合物多元醇為軟段、二異氰酸酯為硬段、離子型小分子二元醇或二元胺為親水單體、小分子二元醇為擴鏈單體、三元醇為交聯單體進行預聚,中和后在水中擴鏈乳化來制備。根據其合成技術和乳化工藝來區分,將高固低黏WPU分為硬段羧酸型、硬段磺酸/羧酸型、軟段磺酸型、陰離子/非離子型、陽離子型和內/外乳化型等六類。

        2.1 硬段羧酸型

        目前的WPU產品主要為陰離子型,通過在預聚反應中引入親水性單體——二羥甲基丙酸(DMPA)或二羥甲基丁酸(DMBA),然而用三乙胺、氫氧化鈉或氨水等中和成鹽來獲得水分散的WPU。羧酸型WPU的親水基團通常為羧酸三乙胺鹽,屬于弱酸弱堿鹽形成的電解質,其在水中的電離度隨著體系中弱電解質濃度的升高而降低[2]。在WPU合成中增加親水性單體的用量雖然能在一定程度上彌補其電離度下降的缺陷,但過多的親水單體又會來帶體系粘度過大和后期應用時耐水性差的問題。因而,采用常規的WPU合成方法很難制備出高固低黏WPU。

        近來,通過調節WPU合成原料的組成和配比,控制其合成工藝,進而調控WPU乳液的粒徑分布,成功制備出高固低黏的羧酸型WPU。彭紹軍等[13]以DMPA為親水單體、聚丙二醇(PPG、1000g/mol)為軟段、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)為硬段、1,4–丁二醇(BDO)和正丁胺為小分子擴鏈劑,在DMPA含量0.139~0.181mmol/g時,利用DMPA和PPG與IPDI反應活性的差異,采用一步法合成出具有二元粒徑分布的WPU,其固含量為50%、黏度不超過500mPa·s。

        隨后,他們又采用兩步法合成出高固低黏WPU:首先,以DMPA為親水單體、PPG(1000g/mol)為軟段、IPDI為硬段、BDO和異佛爾酮二胺(IPDA)為小分子擴鏈劑制備出預聚體WPU-2;然后,以DMPA為親水單體、1000g/mol的聚1,4–丁二醇己二酸酯(PBA)為軟段、IPDI為硬段、BDO和IPDA為小分子擴鏈劑制備出固含量40%的WPU-1乳液;最后,將預聚體WPU-2加入到WPU-1乳液中乳化得到WPU。

        WPU-1乳液中的親水單體含量低,其粒徑較大,而WPU-2的親水單體含量高,乳化后粒徑較小,通過將兩者混合乳化可得二元粒徑分布的WPU。當乳液中大小粒子的直徑比為9.2、大粒子體積分數為74%時,WPU的固含量為55%、黏度為489mPa·s[14]。

        通過選用不同比例的中和單體也能制備出高固低黏WPU。魯艷[15]以DMPA為親水單體、PPG(1000g/mol)為軟段、甲苯二異氰酸酯(TDI)為硬段、一縮二乙二醇(DEG)為小分子擴鏈劑、不同比例的三乙胺(TEA)和NaOH為中和劑,在w(MDEA)=5.0%、w(DEG)=1.0%,n(TEA) ︰n(NaOH)=7︰3時制備出固含量60%以上、黏度小于500mPa·s的高固低黏WPU。

        由于NaOH比TEA堿性強,其能夠更好地與羧酸中和成鹽,乳化效果更好,形成的乳液粒子粒徑更小,以不同比例的TEA和NaOH中和羧酸成鹽得到WPU,乳液粒子的粒徑具有明顯的二元分布,乳液固含量都在50%以上。通過對聚合物多元醇進行篩選和比例調節也能制備出高固低黏WPU。楊菲菲等[16,17]以DMPA為親水單體、1000g/mol的聚己二酸乙二醇酯二醇(PEA)和聚己二酸乙二醇/己二酸二乙二醇酯二醇為軟段、IPDI為硬段制備出了固含量51.43%、黏度316mPa·s的高固低黏WPU,適用于超纖革的涂飾整理。

        2.2 硬段磺酸/羧酸型

        磺酸鈉二元醇或二元胺是另一類應用較多的陰離子親水單體,如1,2–二羥基–3–丙磺酸鈉(DHPS)、乙二胺基乙磺酸鈉(AAS)和N,N–(2–羥乙基)–2–氨基乙磺酸鈉(BES–Na)等?;撬徕c為強酸強堿型的強電解質,其平衡常數和電離度遠高于弱電解質,在水中可以達到接近完全電離的程度,而且其電離度不會隨著電解質濃度的增加而降低。因而,磺酸鹽型親水單體是制備高固低黏WPU的理想選擇。在WPU的合成中以磺酸鹽型親水單體取代或部分取代常用的羧酸型親水單體成為目前制備高固低黏WPU的最常用方法之一。

        衛曉利等[18]以DHPS和DMPA為親水單體,以聚四氫呋喃-氧化丙烯二醇和IPDI為軟硬段,制備出固含量超過50%的WPU。隨后,他們以DHPS和DMPA為親水單體,以含硅多元醇(1050g/mol)和PPG(1000g/mol)為軟段、TDI為硬段、γ-氨丙基三甲氧基硅烷(KH-550)為封端劑,制備出一系列的具有多元粒徑分布的高固低黏(固含量>50%、黏度<400mPa·s)WPU,含硅鏈段的引入能夠大大提高膠膜的耐水性[19,20]。

        劉巧賓等[21]以DMBA和N–60氨基磺酸鹽為親水單體,聚四氫呋喃二醇(PTMG)和聚己內酯二醇(PCL)為軟段單體,IPDI和六亞甲基二異氰酸酯(HDI)為硬段單體,在n(NCO)∶n(OH)(R值)=1.3、n(PTMG)∶n(PCL)=1∶2、w(DMBA)=1.5%、w(N–60)=0.2%時,合成出固含量51%、黏度100mPa·s的WPU,適用于生態革的制備。

        何程林等[22]以DMPA和氨基磺酸鹽A95為親水單體、二聚酸聚酯二元醇(2000g/mol)為軟段、IPDI為硬段,在n(A95)︰n(DMPA)≥0.5時,得到固含量超過50%的WPU。該WPU樹脂附著力強、光澤度高、柔韌性好、耐水性佳,適用于汽車的涂裝。

        桑云森[23]以AAS、IPDI、PBA(3000g/mol)和1,4–丁二醇為原料制備出固含量超過50%的WPU,隨著AAS含量的增加,乳液平均粒徑減小,固含量逐漸降低。

        孫雪嬌等[24]以AAS為親水單體、PBA(2000g/mol)為軟段、IPDI和HDI為硬段、HDI三聚體為改性劑,制備出固含量50%、黏度<300mPa·s的高固低黏WPU。

        盡管磺酸鈉型親水單體在高固低黏WPU的制備中展現出明顯的優勢,但其與反應體系中其他原料不相溶,需要在合成時加入較多高沸點有機溶劑,后期難以脫除。

        例如,AAS不溶于任何有機溶劑,而DHPS和BES–Na等含羥基的磺酸鈉只能溶解高沸點有機溶劑,合成時高沸點有機溶劑的引入對環境和人體健康造成了較大危害。

        2.3 軟段磺酸型

        鑒于磺酸鈉型親水單體與反應體系中其他原料相溶性差的問題,以含磺酸鈉的聚合物多元醇作為部分軟段單體參與反應,可以大大提高其與其他組分的相溶性,無需在反應中加入高沸點有機溶劑就能較好地進行聚合擴鏈反應,可以得到環境友好的高固低黏WPU。因而,在WPU軟段引入磺酸鈉基團成為目前磺酸型高固低黏WPU的重要研究方向,軟段磺酸型WPU成為目前應用前景較好的高固低黏WPU產品。

        賀麗娜等[25,26]以聚醚二元醇磺酸鹽為親水單體、PBA(3000g/mol)為軟段、IPDI為硬段、BDO為小分子擴鏈單體,采用粒料法制備出固含量50%、黏度<1000mPa·s的高固低黏WPU,其最大初始剝離強度為6N/mm,適用于鞋、汽車內飾和包裝材料的粘合劑。

        桂亮星等[27]以磺化聚酯二元醇(S-44)和DMPA為親水單體、PEA為軟段、TDI和二苯基甲烷二異氰酸酯為硬段、三羥甲基丙烷(TMP)為交聯單體,在n(S-44)∶n(PEA)=7∶3,w(DMPA)=1.4%,n(MDI)∶n(TDI)=4∶6,R值=1.5時,得到固含量53.4%、黏度305mPa·s的高固低黏WPU。

        邢波等[28]以的磺酸型聚酯二元醇(SPOL,2000g/mol)、IPDI、BDO、丙烯酸羥乙酯和乙二胺為原料制備出磺酸型WPU,并以丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯進行自由基共聚改性,在R值=1.7、w(SPOL)=1.4%時,得到固含量超過50%的高固低黏丙烯酸改性WPU,其平均粒徑僅為44nm。

        目前市售的磺酸鹽型聚合物多元醇種類有限,通過合成制備新型化學結構的磺酸鹽型聚合物多元醇成為合成軟段磺酸型高固低黏WPU的另一選擇。

        周婷婷[29]首先以間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉(SIPM)、新戊二醇(NPG)、己二酸(HA)等為原料,通過酯交換反應制備出磺酸型聚酯二元醇(980g/mol);然后,以該磺酸型聚酯二元醇為親水單體、聚酯多元醇為軟段、IPDI為硬段、BDO為小分子擴鏈單體、TMP為交聯單體,制備出固含量50%的高固低黏WPU。

        宋歡歡[30]首先以SIPM、NPG、HA、六氫苯酐和1,4–環己烷二甲醇等為原料,通過酯交換反應制備出磺酸鹽型聚酯多元醇;然后,以DMPA、磺酸鹽型聚酯多元醇和AAS為親水單體、IPDI為硬段、TMP為交聯單體制備出固含量54.67%的高固低黏WPU,通過復配丙二醇甲醚得到水性木器涂料。

        2.4 陰離子/非離子型

        單獨采用DMPA得到的WPU,親水性的羧酸鹽基團位于其大分子的硬段,受到氨基甲酸酯基團間的氫鍵作用,羧酸鹽基團不能很好地擴散到WPU乳液粒子的表面,這需要引入更多的羧酸鹽基團來維持其良好的親水性和乳液穩定性,但過高的羧酸鹽含量又會導致體系粘度的急劇增加,極大地限制高固低黏WPU的制備[7]。通過分子設計使親水基團位于WPU大分子的軟段,使其更容易進入乳液粒子的表面,可以獲得更好的乳化效果,降低親水單體的用量,提高乳液固含量[31]。

        通過在WPU分子鏈上引入親水性的非離子和離子型基團,在賦予大分子親水性的同時,可以較大程度地減弱離子基團的雙電層效應和水合作用,降低預聚體黏度,有利于制得高固低黏WPU[1]。2009年,孫東成等[32]以磺酸鹽和聚醚的陰/非離子組合制備出固含量超過50%的WPU,這與采用非離子/陰離子乳化劑組合來降低體系的臨界膠束濃度和界面張力,進而提高乳化效率有異曲同工之效。

        近年來,采用DMPA和聚醚作為親水組合來制備高固低黏WPU成為一種行之有效的方法。侯立杰等[33,34]以DMPA和聚乙二醇(PEG)為親水單體、PBA(1950g/mol)為軟段、IPDI為硬段、BDO為小分子擴鏈單體制備出高固低黏WPU(固含量55%)。采用200g/mol的PEG時,由于其親水鏈段太短,不足以起到降低界面張力的作用;當PEG分子量在400~1000g/mol時,親水性的聚醚鏈段能夠進入乳液粒子表面,降低界面張力,增加乳液粒子的分散效果;而采用2000g/mol的PEG時,由于其親水鏈太長,以至于部分聚醚鏈段進入水層,導致水合層厚度的增加,反而不利于固含量的提高。

        韓顏庭等[35]以DMPA和乙氧基封端聚合物二醇為親水單體,1000g/mol和2000g/mol的PTMG為混合軟段、IPDI和HDI為硬段,制備出固含量>50%的主鏈含乙氧基懸掛鏈的高固低黏WPU,WPU乳液的二元粒徑分布成為高固WPU制備的關鍵。

        2.5 陽離子型

        目前報道的高固低黏WPU主要是陰離子型和陰離子/非離子型,而陽離子型的高固低黏WPU卻很少報告。陽離子WPU分子鏈上帶有正電荷,對基材具有良好的潤濕性,在膠黏劑、紡織、皮革和造紙等領域有著廣泛的應用,陽離子型高固低黏WPU研究的開展能夠拓展高固低黏WPU的應用范圍。

        李仙會等[36]以N–甲基二乙醇胺(MDEA)為親水單體、IPDI為硬段、聚己二酸己二醇酯(PHA)為軟段,在w(MDEA)=5.5~7.0%時,制備出固含量約50%的WPU,其初始剝離強度和24h剝離強度分別為68.2和90.4N/25mm,適合作為膠黏劑使用。

        Bao等[37]首先通過1,4–丁二醇二縮水甘油醚和二乙胺反應合成出側基含叔胺基的二元醇中間體,并以之為親水單體,以聚己二酸新戊二醇酯(PNA)為軟段、IPDI和HDI為硬段、TMP為交聯單體、BDO為小分子擴鏈單體,合成出固含量>50%、黏度<300mPa·s的高固低黏WPU。當以MDEA為親水單體時,只能得到固含量40%、黏度>500mPa·s的普通WPU。

        使用MDEA制備的WPU,陽離子N+在其大分子主鏈,部分N+不可避免被“包裹”進入乳膠粒子內核,而只有進入乳膠粒子表面的N+才能提供親水性,幫助乳膠粒子在水中進行分散。當陽離子N+位于WPU大分子側鏈時,能夠避免在形成膠束時被“包裹”進入乳膠粒子內核,只需要較少的N+就能達到很好的親水性。親水性陽離子N+含量越好,乳膠粒子的水合層越厚,乳液體系越粘稠,這將限制體系固含量的提高。

        李朦等[1]以十二胺聚氧乙烯醚(PAE)和MDEA為親水單體,采用多步聚合工藝制備出高固低黏WPU:首先,以PAE、MDEA和IPDI為原料合成出軟段(SS);然后,以聚己二酸新戊二醇酯(POL7112,1000g/mol)和TDI為原料制備出硬段(HS);最后,將SS將加入到HS中繼續反應,并加入BDO進行擴鏈反應得到WPU。當PAE的EO數為10,n(PAE)∶n(POL711)=1∶9,R值=1.2時,WPU乳液的二元粒徑分布可得得到固含量51.28%的WPU。

        2.6 內/外乳化型

        WPU的制備最早是采用外加乳化劑進行機械乳化來制備,但其乳液粒徑較大,儲存穩定性較差,該技術逐漸被淘汰。通過在WPU的合成中引入親水基團,在機械攪拌作用下進行自乳化,可得粒徑小、穩定性好的WPU乳液,解決了外乳化法穩定性差的問題。

        然而,采用內乳化法制備WPU乳液時,乳膠粒子表面的親水基團會和水相互作用形成水合層,該部分占據WPU乳液粒子的體積分數,但卻不構成實際固含量,極大限制了WPU乳液固含量的提高[39]。近年來,通過將內乳化和外乳化方法相結合,降低WPU乳膠粒子的水合作用,成為制備高固低黏WPU的新方法,制備出的WPU相比其他方法粘度明顯降低。

        曹高華[39]以AAS為親水性單體、PBA(3000g/mol)為軟段、IPDI和HDI為硬段制備出預聚體,并以OP-10為外乳化劑,在w(AAS)=1.4%、w(OP-10)=1.0%時,制備出固含量超過50%、黏度僅為117mPa·s的WPU。通過降低合成時AAS的用量,并以部分OP-10代替AAS,提高PU離聚體的親水性,使得乳化時相反轉時間提前,有利于WPU固含量的提高和粘度降低。

        杜郢等[40]以DMPA和(1,3–二氨基)–丁基磺酸鈉為親水單體,PTMG和PEA為軟段、IPDI為硬段、KH-550為改性劑,以OP-10和十二烷基磺酸鈉(SDS)為外乳化劑,采用內/外乳化相結合的方法制備出固含量54.0%、黏度僅為110mPa·s的高固低黏WPU。

        劉斌等[41]以DMPA為親水單體、PBA(2000g/mol)為軟段、BDO為小分子擴鏈單體、OP-10或聚氧乙烯脂肪醇(ON-870)為外乳化劑,在w(DMPA)=2.1%、w(OP-10)=2.0%或w(ON-870)=2.0%時,制備出固含量55%、黏度<259mPa·s的高固低黏WPU。

        3.高固低黏WPU在紡織中的應用展望

        WPU可以作為防水透濕涂層劑、印花涂料、羊毛防縮整理劑、抗起球起毛劑、抗靜電整理劑和固色劑等產品,在紡織行業具有廣泛的應用,其中,WPU作為印花粘合劑和防水透濕整理劑的用量最大[42,43]。目前,高固低黏WPU研究主要集中在粘合劑、木器涂料、皮革涂飾劑等產品上,關于紡織用高固低黏WPU卻很少報道。

        國內紡織用WPU的固含量大多在40%左右,存在干燥速度慢、自增稠性差、耐水性差等缺陷,在一定程度限制了紡織行業的發展。國外的紡織用高固低黏WPU研究開展較早,以拜耳公司最具代表性。2007年,他們報道了固含量高達60%的Impranil DLU聚碳酸酯型聚氨酯,可用于室內裝潢織物整理,具有較好的耐候性[44]。隨后,他們又推出織物印花用的INSQIN高固WPU,固含量高達60%,具有1600%的斷裂伸長率和完整的回復性,印制后的織物手感柔軟舒適,代表紡織用高固低黏WPU的最高水平[45]。

        目前,紡織用國內高固低黏WPU的研究趨于空白,但近十年來國內其他行業對高固低黏WPU卻開展了系統深入的研究。正所謂他山之石可以攻玉,借助現有高固低黏WPU的研究成果對紡織用WPU產品進行針對性改進成為一個快速有效的方法。

        4.結語

        增加WPU的固含量,可以提高反應設備的空間利用率、降低產品的運輸成本和單位產品的能耗,便于實現WPU的大規模生產應用。WPU固含量的提高能夠提高涂膜的表面光澤度、豐滿度和手感,縮短粘合劑的干燥時間、提高初粘力,改善其與基材的界面潤濕性和相容性,提高滯粘力。因而,高固低黏WPU成為目前國內外的研究熱點之一。

        通過廣大科技工作者的共同努力,近年來高固低黏WPU的研究取得了不錯的進展,主要表現在:

        (1)通過調整合成工藝或選用復合型中和劑,單獨采用DMPA就能制備出高固低黏WPU,乳液的二元分布粒徑對高固低黏WPU的制備起到決定新作用;

        (2)在采用磺酸性親水單體制備高固低黏WPU存在相容性差、高沸點有機溶劑難脫除等問題的背景下,通過在WPU軟段引入親水性磺酸鹽基團,大大提高反應體系的相溶性,避免高沸點有機溶劑的引入,制備出環境友好的磺酸型高固低黏WPU;

        (3)通過在WPU的合成中同時引入親水性的離子型和非離子型基團,減弱離子基團的雙電層效應和水合作用,降低體系黏度,制備出高固低黏WPU;

        (4)在傳統陰離子型WPU合成時,通過引入部分外乳化劑制備出高固低黏WPU,且具有明顯更低的粘度,推動了傳統陰離子型WPU合成技術的發展;

        (5)開展了陽離子型高固低黏WPU的研究,拓展了高固低黏WPU的應用范圍。

        盡管高固低黏WPU的研究取得了較好的進展,但仍存在一些不足:

        (1)國外的高固低黏WPU固含量很多都能達到60%或以上,而國內的高固低黏WPU固含量基本都在60%以下,市售的高固低黏WPU產品較少,大多處于市場拓展階段;

        (2)高固低黏WPU的研究主要集中在膠黏劑、皮革涂飾劑和木器涂料等產品上,而紡織用高固低黏WPU產品卻很少報道。相信在不久的將來,國內高固低黏WPU的研究能夠取得更大的突破,固含量能夠做到60%,甚至更高;而國內紡織用高固低黏WPU的研究能夠實現零的突破,相關WPU產品的開發也將極大推動紡織印花和后整理技術的發展。

         

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        作者簡介:

        樊武厚,博士,高級工程師,四川省紡織科學研究院有限公司紡織化學所所長,中共四川省紡織科學研究院有限公司科研生產支部書記,四川省紡織工程技術中心及高技術有機纖維四川省重點實驗室固定研究員,四川大學材料與化工專業學位產業導師,瀘州市紡織中級職稱評審專家。

        先后主持主研國家級和省部級科研項目20余項,獲2018年四川省科技進步三等獎(第二完成人)、2016年四川省科技進步三等獎(第四完成人)、2018年中紡聯科技進步二等獎(第二完成人)和2016年中紡聯科技進步三等獎(第四完成)。

        在《Journal of Materials Chemistry A》、《ACS AppliedMaterials and Interface》、《Chemical Engineering Journal》、《ACS Macro Letter》、《Polymer》、《Materialsand Design》、《Progress in Organic Coatings》、《高分子材料科學與工程》、《功能材料》和《紡織學報》等國內外知名期刊發表論文近50篇。申請國家發明專利16項(第一申請人12項、第二申請人4項),授權國家發明專利10項。

        主要研究方向包括:

        1、有機硅高分子材料(硅油、硅樹脂、特種硅橡膠材料等);

        2、水性高分子材料(水性聚氨酯、聚丙烯酸酯乳液、硅乳液等);

        3、功能紡織化學品(涂料印花粘合劑、柔軟劑、無氟防水劑、增深劑、抗菌功能整理材料等)。

        已成功開發了包括甲基苯基環體、高苯基阻尼硅橡膠、嵌段硅油系列柔軟劑、有機硅改性丙烯酸粘合劑、聚丙烯酸酯增深劑、堿溶性乳液增稠劑等相關產品,取得良好的經濟效益。

        手  機:15208216440

        郵  箱:fanwuhou1988@163.com



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