阳离子型水性聚氨酯固色剂的合成及应用

阳离子水性聚氨酯更新时间：XXXX-12-26 9:23:35 浏览次数：1189次水性聚氨酯树脂和其他树脂一样, 其最终制品的性能是由内部结构决定的。

阳离子型水性聚氨酯是将叔胺官能团引入到聚氨酯的大分子中而制得的。

通常用含叔胺基的二醇作扩链剂, 用烷基化剂或合适的酸进行季铵化而得到离子基团。

和普通的聚氨酯一样可用不同种类的多元醇、不同结构的二异氰酸酯、不同类型的扩链剂、不同类型的中和剂和采用不同的合成方法进行合成。

阳离子型水性聚氨酯的骨架上带有阳离子基团, 这就使其具有了一些独特的性能, 在皮革、涂料、胶粘剂、纺织和造纸等领域有着较好的应用。

此外, 阳离子水性聚氨酯对水的硬度不敏感, 且可以在酸性条件下使用。

因此, 开发出性能优异的阳离子水性聚氨酯, 其市场前景非常广阔。

1 阳离子水性聚氨酯的合成1.1 合成机理合成阳离子水性聚氨酯时, 一般通过两种途径引入阳离子。

一是用卤素元素化合物引入阳离子,该机理先将聚醚或者聚酯二醇与二异氰酸酯制成预聚体, 加入溶剂降低粘度后, 加入卤素元素化合物( 如2,3-二溴丁二酸) 扩链, 然后再加入溶剂降低粘度, 加入三乙胺季铵化, 搅拌离子化, 将离子化后的PU 分散到水中, 高速剪切乳化, 最后蒸除溶剂。

该机理的季铵化是SN2(亲核取代反应) ; 二是用叔胺化合物引入阳离子, 该机理首先将聚醚或者聚酯二醇与二异氰酸酯制成预聚体, 加入溶剂降低粘度后, 用叔胺化合物( 如N- 甲基二乙醇胺) 扩链, 再加入溶剂降低粘度, 然后加入离子化试剂如乙酸, 搅拌离子化。

将离子化后的PU 分散到水中, 高速剪切乳化, 最后蒸除溶剂。

该机理的季铵化是酸碱中和。

1.2 合成方法阳离子水性聚氨酯的合成与阴离子水性聚氨酯的合成最大的不同就是阳离子水性聚氨酯需加酸成盐, 因此一般不在水中用胺扩链, 所以阳离子水性聚氨酯一般不用阴离子水性聚氨酯常用的预聚体混合法。

从国内外近年来的研究来看, 阳离子水性聚氨酯的合成主要有熔融法和丙酮法。

阳离子型水性聚氨酯固色剂的合成及应用
李庆;樊增禄;曹爱华
【期刊名称】《印染助剂》
【年(卷),期】2010(27)9
【摘要】介绍了阳离子型水性聚氨酯固色剂的合成及应用,分析了合成反应温度、时间、聚醚分子质量及其混合聚醚多元醇组分量比[n(PPG-1 000):n(PEG-1 000)]、阳离子扩链剂N-甲基二乙醇胺(MDEA)用量等对产物固色效果的影响,确定了合成
的优化条件:n(-NCO)/n(-OH)=2.0,n(PPG-1 000):n(PEG-1 000)=1:1,MDEA
7.5%(对预聚体质量),55℃反应2 h.同时优化该固色剂的应用工艺条件:两浸两轧活性染料染色棉织物(固色剂60 g/L,轧余率80%)→预烘(80℃,3 min)→烘培(130℃,3 min).
【总页数】4页(P29-32)
【作者】李庆;樊增禄;曹爱华
【作者单位】西安工程大学,陕西西安,710048;西安工程大学,陕西西安,710048;天
津天祥公司,天津,300380
【正文语种】中文
【中图分类】TQ610.4+4
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水性聚氨酯固色剂的合成及其应用棉等纺织品经过活性染料染色后的深浓色织物,必须有一定等级的皂洗、水洗、耐摩擦等染色牢度,通常要经过固色处理。

传统的固色剂由于含有游离甲醛而被淘汰,新型的无醛固色剂不断地出现。

近年来,在水性聚氨酯中引入功能性基团,或对水性聚氨酯进行改性,并将其用于织物整理,取得了较好的效果。

以甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)等为主要原料,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,采用自乳化,制得了非反应性和反应性两种水性聚氨酯固色剂,同时用红外光谱(FT-IR)的测试方法对两种固色剂进行了表征,并测试了固色剂乳液的粘度、固含量及其离心稳定性。

用于染色棉织物的固色整理、与市场上固色剂固色效果进行对比,探讨了固色整理后织物色光的变化。

合成时不仅探讨聚醚多元醇的选择和配比、预聚反应温度和时间、扩链反应温度和时间,合成了非反应性和反应性两种水性聚氨酯固色剂。

并且探讨了R值对这两种固色剂的性能和固色效果的影响。

得到了非反应性固色剂的最佳合成工艺：PEG1000与IPDI反应温度为55-60℃,时间120min,R 值为2.1;再加入用量为PEG1000用量的1/2的PPG1000,预聚反应温度为40-50℃,时间90min;用自制的亲水扩链剂对预聚体扩链,用量为预聚体中PEG1000用量的2/3,扩链反应温度为55-60℃,时间90min。

减压蒸馏除去溶剂,自乳化得到非反应性水性聚氨酯固色剂。

反应性固色剂的最佳合成工艺：PEG1000与IPDI预聚反应温度为55-60℃,时间120min,R值为2.1;用亲水扩链剂扩链,亲水扩链剂摩尔用量为PEG1000的1/2,通过减压蒸馏,除去反应体系中的溶剂,降温,加入少量的异丙醇,将未反应—NCO基团用NaHSO_3溶液进行封端,n(Na_2SO_3)/n(NaHSO_3)为0.2,n(NaHSO_3)/n(—NCO)为1.3,加蒸馏水在冰浴下乳化,制得反应性固色剂。

水性聚氨酯树脂和其他树脂一样, 其最终制品的性能是由内部结构决定的。

阳离子型水性聚氨酯是将叔胺官能团引入到聚氨酯的大分子中而制得的。

通常用含叔胺基的二醇作扩链剂, 用烷基化剂或合适的酸进行季铵化而得到离子基团。

和普通的聚氨酯一样可用不同种类的多元醇、不同结构的二异氰酸酯、不同类型的扩链剂、不同类型的中和剂和采用不同的合成方法进行合成。

阳离子型水性聚氨酯的骨架上带有阳离子基团, 这就使其具有了一些独特的性能, 在皮革、涂料、胶粘剂、纺织和造纸等领域有着较好的应用。

此外, 阳离子水性聚氨酯对水的硬度不敏感, 且可以在酸性条件下使用。

因此, 开发出性能优异的阳离子水性聚氨酯, 其市场前景非常广阔。

1 阳离子水性聚氨酯的合成 1.1 合成机理合成阳离子水性聚氨酯时, 一般通过两种途径引入阳离子。

一是用卤素元素化合物引入阳离子,该机理先将聚醚或者聚酯二醇与二异氰酸酯制成预聚体, 加入溶剂降低粘度后, 加入卤素元素化合物( 如2,3-二溴丁二酸) 扩链, 然后再加入溶剂降低粘度, 加入三乙胺季铵化, 搅拌离子化, 将离子化后的PU 分散到水中, 高速剪切乳化, 最后蒸除溶剂。

该机理的季铵化是SN2(亲核取代反应) 二是用叔胺化合物引入阳离子, 该机理首先将聚醚或者聚酯二醇与二异氰酸酯制成预聚体, 加入溶剂降低粘度后, 用叔胺化合物( 如N- 甲基二乙醇胺) 扩链, 再加入溶剂降低粘度, 然后加入离子化试剂如乙酸, 搅拌离子化。

将离子化后的PU 分散到水中, 高速剪切乳化, 最后蒸除溶剂。

该机理的季铵化是酸碱中和。

1.2 合成方法阳离子水性聚氨酯的合成与阴离子水性聚氨酯的合成最大的不同就是阳离子水性聚氨酯需加酸成盐, 因此一般不在水中用胺扩链, 所以阳离子水性聚氨酯一般不用阴离子水性聚氨酯常用的预聚体混合法。

从国内外近年来的研究来看, 阳离子水性聚氨酯的合成主要有熔融法和丙酮法。

熔融法是无溶剂制备水性聚氨酯的重要方法。

水性聚氨酯固色剂的合成及研究纤维和织物经染色后,虽然可以染出比较鲜艳的颜色,但由于有些染料上带有可溶性基团,使湿处理牢度不佳,褪色和沾色现象不仅使得纺织品本身外观陈旧,同时染料还会从已染色的湿纤维上掉下来,以至玷污其他纤维和织物.直接染料和酸性染料结构中都有亲水性磺酸基和羧酸基,其湿处理牢度较低;而活性染料,尽管染料与纤维素纤维之间能形成共价键结合,但当水解染料或对未键合染料皂洗不充分时,也会使湿处理牢度下降.同时还存在有酸性或碱性的分解断键而使牢度下降的问题.用不溶性偶氮染料及硫化染料(含液体硫化染料)染深色时,其湿摩擦牢度也不理想.为了克服这些现象,通常进行固色处理,固色所用的助剂称为固色剂.传统固色剂如无醛固色剂有色变现象,影响染色色光,应用受到限制,且价格较贵;固色剂Y中有甲醛释放不利于环保,对身体健康有害;纳米固色剂VG价格较昂贵．一．常用固色剂分类在印染工业中,根据固色剂中残留甲醛含量,可分为无醛和低甲醛固色剂俩类。

在国内,目前使用最多的仍为含醛固色剂,因此无法满足国外纺织市场对甲醛含量和色牢度的严格要求。

虽然近几年国内外也推出一些无醛固色剂,但织物的湿摩擦牢度仍存在较大缺陷,尤其是深色纯棉织物,一般很难达到3级的标准。

此外,也可根据固色剂分子中基团类型,分为阳离子型和反应型固色剂。

前者分子中有一定数目的阳离子基团,最常见的是季铵基团等,在酸性条件下能和直接染料、活性、酸性染料等以离子键结合,形成色淀而沉积在纤维表面。

反应型固色剂是在染料和纤维之间形成桥接作用,一般是用环氧氯丙烷作为活性基团与纤维和染料上的活性基团反应(如羟基、羧基、氨基等),以牢固的共价键结合。

但固色剂活性基团含量不能太多,否则会交联太强,若需要剥色处理,会发生剥色困难。

二．固色工艺要求固色反应属于亲核反应,固色剂与染料分子反应形成不溶性盐,从而降低染料的溶解性能.2.1织物对固色剂性能的要求(1)能提高染色织物的色牢度;(2)保持染色织物原有的颜色和光牢度;(3)对人体无危害;(4)不影响环境,有良好的生物降解性;(5)价廉易得,原料供应立足国内;(6)适用浸轧和浸渍法处理,使用方便,不受工艺的限制。

一选题的背景随着科学技术的发展，制革行业也走上了清洁化生产的道路。

近年来水性聚氨酯的研究开发逐渐升温，但主要集中在皮革的涂饰剂与复鞣剂上。

聚氨酯类皮革固色剂的研究与生产少之又少，但因革染色中常用的直接染料和酸性染料均均为阴离子染料，主要靠范德华力、氢键与皮革纤维结合[1]，湿摩擦牢度较差，从而影响革制品的外观和使用性能[2]，降低成革品质。

此外，染色废液中残留的大量染料，不仅造成了浪费，也使得染色后皮革的颜色饱满度和鲜艳度不足，尤其会使皮革染色废水增加色度、COD值、BOD [3]，对环境造成很大压力。

为了提高染色后皮革的色度和染料吸收率，除了采用酸进行固色外，还采用了阳离子材料[4-5],而阳离子水性聚氨酯能兼顾提高成革品质及降低环境危害。

二选题目的及研究意义针对于改善成革色牢度与机械性能，研制出一种阳离子型水性聚氨酯固色剂，通过实验与分析，从而探索出一种低成本、易制备并且性能优异的皮革固色剂，应用于制革行业，完善制革染色中的问题，提高皮革的感官性能，有助于向清洁化、集约型制革方向的发展。

该固色剂应用于皮革上兼具良好的固色与助软性能，能够很好的改善阴离子材料造成的浅色效应，其侧链R对皮革柔软度的增强也能发挥出很大作用，提高染料的吸净率，对阴离子型加脂剂的吸收与固定也能起到显著作用，使染色加脂废液中的化料残余得到很大程度减少，有助于降低制革废水的处理费用，，进而达到节省化料、减少浪费、起到保护环境与降低生产成本的目的。

具有很大研究意义三国内外相关领域的研究现状及发展趋势现在国外许多公司都有聚氨酯皮革涂饰剂产品,如德国BASF公司的Astacin Finish PUD系列:其中PUM成膜软、耐低温、遮盖率强,ACR适用于对涂层及其坚牢度要求很高的皮革涂饰。

德国Bayer公司的Bayderm系列产品;荷兰Stahl公司的RU3904、7920系列;意大利Fenice公司的UW系列水性聚氨酯涂饰剂;均渗透性好,固着力强,涂膜手感舒适。