陽離子水性聚氨酯對(duì)羊毛織物氈縮性及染色性能的影響

張立影，鄭 斌，睢成琳，朱 順，胡亞君，賈麗霞，單國(guó)華

（新疆大學(xué)紡織與服裝學(xué)院，新疆烏魯木齊 830046）

羊毛是重要的紡織原料，具有優(yōu)良的服用性能，頗受消費(fèi)者的喜愛，但羊毛鱗片引起的定向摩擦效應(yīng)使羊毛織物機(jī)洗時(shí)容易發(fā)生氈縮，極大地影響了織物的尺寸穩(wěn)定和服用性能，耐機(jī)洗已經(jīng)成為高檔羊毛織物的一種標(biāo)準(zhǔn)[1-2]。然而，傳統(tǒng)的羊毛防氈縮處理工藝氯化-樹脂法會(huì)產(chǎn)生有機(jī)鹵化物（AOX），造成環(huán)境污染[3-5]。因此，迫切需要開發(fā)防縮效果好、成本低廉、環(huán)保高效的新型防氈縮整理劑。水性聚氨酯不含甲醛，安全無污染，已被應(yīng)用于羊毛織物防縮整理，有研究表明：水性聚氨酯整理劑可以達(dá)到防氈縮效果，但可能對(duì)織物手感和強(qiáng)力造成影響[6-9]。

本研究采用“自乳化法”制備了陽離子水性聚氨酯（CWPU）乳液，自制CWPU 的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)式如下所示：將其應(yīng)用于羊毛織物防氈縮整理，防氈縮過程中封閉的—NCO基團(tuán)在焙烘條件下釋放出來恢復(fù)活性，與羊毛纖維分子鏈上的—NH2、—OH、—SO3H等基團(tuán)發(fā)生交聯(lián)成膜，將鱗片層全部包覆，部分沉積在纖維無定形區(qū)，限制了羊毛纖維鱗片之間的摩擦移動(dòng)，可有效提高羊毛織物的防氈縮性，且具有一定的固色效果。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料：羊毛雙股單層平紋針織物（190 g/m2，80 cm×50 cm，工業(yè)品，新疆金塔毛紡織有限公司），陽離子水性聚氨酯樹脂整理劑（實(shí)驗(yàn)室自制），碳酸氫鈉、元明粉、平平加O、乙酸（工業(yè)品，天津盛淼精細(xì)化工公司），蘭納素黃3G、蘭納素紅6G（工業(yè)品，上海虹光化學(xué)工業(yè)有限公司）。

儀器：SW-24 型耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)、P-AO 立式氣壓電動(dòng)小軋車、Y3571型織物耐摩擦牢度儀、YG(B)026H-500 型強(qiáng)力儀（溫州市大榮紡織儀器有限公司），S-4800 型電鏡掃描儀（日本日立公司），Ultra Scan PRO分光測(cè)色儀（美國(guó)Hunter Lab公司），洗衣機(jī)（國(guó)家羊毛局標(biāo)準(zhǔn)洗衣機(jī)）。

1.2 防氈縮整理工藝

工藝配方：CWPU 50、40、30、20、10 g/L，2%平平加 O 2 g/L，浴比 1∶20，pH=7～8（用 10%NaHCO3調(diào)節(jié)），軋余率75%～80%。

工藝流程：羊毛織物室溫下在蒸餾水中浸漬5 min→在整理液室溫下浸漬20 min→二浸二軋（軋余率78%）→85 ℃烘干3 min→150 ℃焙烘3 min。

1.3 羊毛織物固色整理工藝

工藝配方：2%蘭納素黃3G/紅6G 10 g/L，5%元明粉10 g/L，2%平平加O 10 g/L，1%乙酸調(diào)節(jié)pH=5，浴比1∶50。

工藝流程1：整理好的織物放入染缸40 ℃入染→升溫（升溫速率1 ℃/min）至90 ℃染色60 min→保溫60 min→水洗，皂洗，沖洗。

工藝流程2：羊毛織物室溫下在蒸餾水中浸漬5 min→放入染缸40 ℃入染→升溫（升溫速率1 ℃/min）至90 ℃染色60 min →保溫60 min→水洗，皂洗，沖洗，晾干→樹脂處理。

1.4 測(cè)試

1.4.1 織物氈縮率

按FZ/T 70009—2012《毛紡織產(chǎn)品經(jīng)洗滌后松弛尺寸變化率和氈化尺寸變化率實(shí)驗(yàn)方法》對(duì)織物樣品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。按式（1）計(jì)算面積尺寸變化率：

其中，SW為寬度尺寸變化率（%），SL為長(zhǎng)度尺寸變化率（%）。

1.4.2 色度參數(shù)

采用D65光源和10°視角，測(cè)定織物的L*、a*、b*、K/S、C*、h等。

1.4.3 泛黃指數(shù)

按GB 8424—87《紡織品色牢度試驗(yàn)色差計(jì)算》測(cè)定。按公式（2）計(jì)算泛黃指數(shù)：

其中，X、Y、Z為織物的3個(gè)刺激值，Y1為泛黃指數(shù)。

1.4.4 耐摩擦色牢度

按GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取窚y(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 羊毛纖維的SEM圖

從圖1可知，未經(jīng)CWPU樹脂處理的羊毛纖維表面鱗片層、溝壑、凹槽和縫隙清晰、明顯。這必將導(dǎo)致纖維表面的順逆摩擦系數(shù)差異較大，從而使毛織物在機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)容易產(chǎn)生定向摩擦效應(yīng)，導(dǎo)致氈縮、氈并等現(xiàn)象。經(jīng)CWPU處理后的羊毛纖維表面覆蓋了一層致密又均勻的薄膜，且膜的平整性較好。纖維上鱗片層間沉積有樹脂聚合物，使鱗片層間特有的天然溝槽消失，變得比較光滑，從而降低了纖維表面的相對(duì)摩擦系數(shù)，提高了羊毛織物的防氈縮性能。

圖1 羊毛纖維的SEM圖

2.2 織物面積氈縮率的影響因素

2.2.1 整理劑用量

圖2 所示為自制整理劑CWPU 用量對(duì)織物面積氈縮率的影響，焙烘溫度150 ℃，焙烘時(shí)間3 min。由圖2可知，整理劑用量越高，整理效果越好；當(dāng)整理劑用量達(dá)到40 g/L時(shí)，面積氈縮率為7.73%，有明顯的防氈縮效果，達(dá)到羊毛織物8%的機(jī)可洗標(biāo)準(zhǔn)；而當(dāng)整理劑用量為50 g/L 時(shí)，雖然面積氈縮率更低，但是用量越高，纖維上的成膜越厚，導(dǎo)致其手感偏硬。從應(yīng)用效果和成本考慮，確定防縮劑用量為40 g/L。

圖2 整理劑用量對(duì)織物面積氈縮率的影響

2.2.2 焙烘條件

表1 為焙烘溫度對(duì)羊毛織物氈縮率的影響，表2為焙烘時(shí)間對(duì)織物氈縮率的影響。固定樹脂整理劑（CWPU）用量40 g/L，焙烘時(shí)間3 min；原樣泛黃指數(shù)7.60%。

表1 焙烘溫度對(duì)織物氈縮率的影響

表2 焙烘時(shí)間對(duì)織物氈縮率的影響

由表1可知，織物面積氈縮率隨著焙烘溫度的升高而降低，在150 ℃時(shí)，面積氈縮率已經(jīng)達(dá)到機(jī)可洗標(biāo)準(zhǔn)；繼續(xù)提高溫度，防氈縮作用雖然較明顯，但泛黃指數(shù)在增加，因?yàn)檫^高的溫度會(huì)導(dǎo)致成膜粗糙，織物黃變惡化，整理的綜合效果較差。由表2可知，隨著焙烘時(shí)間的延長(zhǎng)，羊毛織物的面積氈縮率緩慢下降，當(dāng)焙烘時(shí)間為3 min 時(shí)，織物面積氈縮率已經(jīng)達(dá)到了7.04%；繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間，雖然面積氈縮率仍在下降，但泛黃指數(shù)明顯增大。因此，確定烘焙溫度為150 ℃，焙烘時(shí)間為3 min。

2.3 整理工藝對(duì)織物染色性能的影響

2.3.1 色度參數(shù)值

由表3 可知，經(jīng)整理劑CWPU 處理后的樣品染色后，K/S值有所提高，說明整理劑CWPU 對(duì)羊毛織物具有增深作用。這是由于經(jīng)整理劑CWPU 處理后，羊毛纖維表面成膜具有陽離子性，降低了活性染料的水溶性，增強(qiáng)了固色效果，且染后再進(jìn)行樹脂整理的增深效果更好。

表3 不同整理工藝的色度值

2.3.2 耐摩擦色牢度

表4為不同整理工藝織物洗前及洗后的耐摩擦色牢度。由表4 可知，經(jīng)樹脂處理后樣品的耐濕摩擦色牢度高于原樣，這是由于整理劑CWPU 中的—NCO基團(tuán)被解封后恢復(fù)活性，增加了染料與織物間的結(jié)合力，且整理劑CWPU 中的陽離子基團(tuán)可與染料中的羧酸基或磺酸基等水溶性陰離子基團(tuán)靜電結(jié)合，將水溶性基團(tuán)封閉，使染料在纖維上附著，從而提高了耐濕摩擦色牢度。

表4 織物的耐摩擦色牢度

3 結(jié)論

（1）將自制的CWPU 整理劑應(yīng)用在羊毛織物防氈縮整理中，探討了不同樹脂用量對(duì)羊毛織物面積氈縮率的影響，并確定了最佳樹脂用量為40 g/L 時(shí)，織物面積氈縮率可達(dá)到機(jī)洗標(biāo)準(zhǔn)，且手感不受影響。

（2）研究分析了焙烘溫度、焙烘時(shí)間對(duì)羊毛織物面積氈縮率的影響，推薦焙烘條件為150 ℃、3 min。

（3）探討了CWPU 整理劑對(duì)羊毛織物活性染料染色性能的影響，經(jīng)CWPU 整理劑處理后的樣品染色后K/S值有所提高，且染后再進(jìn)行樹脂整理的增深效果更好，耐濕摩擦色牢度有所提高。