（纺织化学与染整工程专业论文）兔毛针织物防掉毛整理技术的研究.pdf

学位论文的主要创新点 1 研究了用水性聚丙烯酸f l h ( p a ) 和l 水性聚氨酯( p u ) 进行兔毛织物 防掉毛整理的方法，优化了整理工艺，分析了两种树脂整理的 优缺点。 2 通过p u 与p a 物理共混，改善了水性p u 防掉毛整理的耐水性 能，确定了两种树脂最佳的共混比例，分析了p u p a 整理后的 防掉毛效果，织物掉毛量减少了6 0 以上，且手感良好。 摘要 本文分别采用蛋白酶、水性丙烯酸树脂和水性聚氮酯对兔毛针织物进行防 掉毛整理。分析了兔毛针织物掉毛的机理，确定了防摔毛整理效果的检测指标： 研究并比较| 蛋白酶和两种树脂整理的防掉毛效果，优化了整理的工艺；采用 p a 物理共混改性的p u 进行防掉毛整理，讨论了混合比例对防掉毛效果耐水洗 性的影响，并采用k e s 织物风格仪分析了树脂整理对织物手感的影响。 根据织物掉毛量曲线和抽拔力测试建立了防掉毛测试指标。通过分析掉毛曲 线和掉毛速率变化，确定使用平磨仪磨毛5 0 次评价断裂强力较小、抽拔力较弱 的兔毛纤维的掉毛情况，而用平磨仪磨毛3 0 0 次来评价织物的总体防掉毛整理的 效果。而在抽拔测试中，统计纤维滑脱和抽拔力小于2 c n 的根数对评价防掉毛 效果非常重要。 在蛋白酶减量处理中比较了h 2 0 2 预处理和氨盐预处理对织物防掉毛效果、 纤维机械性能的影响，优化了酶浓度和处理时问。抽拔力测试说明酶处理后纤维 摩擦系数提高，但拉伸性能下降，织物防掉毛效果的耐疲劳性较差。 在树脂整理中优化了水性聚丙烯酸酯( p a ) 和水性聚氨酯( p u ) 的整理工 艺，通过比较发现，p u 整理后织物的防掉毛效果和手感较好，但耐水洗性较差。 针对p u 整理后耐水洗性能较差的现象，采用p a 物理共混改性的p u 进行防掉 毛整理，确定了p u p a 的最佳混合比例。耐水洗性测试说明p u p a 整理后织物 防掉毛效果的耐水洗性明显改善，k e s 风格分析说明p u p a 整理后对织物的整 体风格影响较小。 关键词：兔毛；针织物：防掉毛；蛋白酶：水性聚丙烯酸酯：水性聚氨酯 a b s t r a c t i nt h i sp a p e lp r o t e a s ea n dt w ok i n d so fr e s i nw h i c hw e r ep aa n dp uu s e di n t r e a t m e n tt od e c r e a s et h ef o rr a b b i th a i rk n i t t e df a b r i c m e c h a n i s mo fh a i r1 0 s sw a s a n a l y z e da n dt h ec r i t e r i o nf o ra n t i h a i rl o s sp r o v e n i e sw a sd e t e r m i n e d s t u d i e da n d c o m p a r e dt h et w oa n t i h a i rl o s se f f e c to fr e s i nf i n i s h i n g ，a n do p t i m i z e dt h ef i n i s h i n g p r o c e s s u s e dp ap h y r s i c a lb l e n d i n gm o d i f i e dp uf o ra n t ih a i rl o s s ，d i s c u s s e dh e m i x i n gr a t i oo ft h ea n t i h a i rl o s se f f e c to ft h ei m p a c to fw a s h a b l e ，a n da n a l y z e db y k e sf a b r i cr e s i nh a n d l eo ft h ef a b r i c t e s t i n ga n t i - h a i rl o s sh a i rl o s si n d i c a t o r sa r em a i n l yb a s e do nt h ea m o u n to f f a b r i cp u l l i n gf o r c ec u r v ea n dt h ep u m p i n gt e s td r a w n t h r o u g ha n a l y z e dt h ec h a n g e s o fs l o p eo ft h ec u r v et od e t e r m i n et h ef r i c t i o nt e s tw h e nt h ef a b r i ca t3 0 0t i m e st h e a m o u n to ft h eb a s i cm a x i m u mh a i rl o s s p u l l i n gt e s t ，t h es t a t i s t i c a lp o w e ro ff i b e r s l i p p a g ea n dl e s st h a n2 c np u l l i n gt h er o o to f t h en u m b e ro f a n t i - h a i rl o s se f f e c to f t h e e v a l u a t i o ni sv e r yi m p o r t a n t 。 i nt h ep r o t e a s et r e a t m e n t ，c o m p a r e dh 2 0 2p r e t r e a t m e n ta n da m m o n i u ms a l t a n t i - h a i rl o s se f f e c to fp r e t r e a t m e n to nt h ef a b r i c ，t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft e x t i l e m a c h i n e r yt oo p t i m i z et h ee n z y m ec o n c e n t r a t i o na n dp r o c e s s i n gt i m e p u l l i n gf o r c e m e a s u r e m e n ts h o w st h ef r i c t i o nc o e f f i c i e n ta f t e re n z y m et r e a t e df i b e r sw a si n c r e a s e d ， w h i l et e n s i l ep r o p e r t i e sd e c r e a s e d w h i c hm e a n sh a i rl o s sc a u s e db yh a i rf a t i g u ec o u l d r e s i s t a n c ei sp o o r i nr e s i nf i n i s h i n g ，o p t i m i z e do ft h ep aa n dp uf i n i s h i n gp r o c e s s ，a n db y c o m p a r i s o n , p uf m i s h e df a b r i ca n t i - h a i rl o s se f f e c ta n df e e lb e t t e r ，b u tw a s h i n gi s p o o r p uf m i s h e dw a s h i n gf o r t h ep h e n o m e n o no fp o o rp e r f o r m a n c e ，p h y s i c a l b l e n d i n gw i t hp aa n t i - m o d i f i e dp uf o rh a i rl o s so r d e rt od e t e r m i n et h ep u p at h e b e s tm i x t e s td e s c r i p t i o nw a s h a b l ep u p af i n i s h e df a b r i cw a s h a b l ea n t i h a i rl o s s e f f e c to fs i g n i f i c a n t l yi m p r o v e d ，k e ss t y l ea n a l y s i ss h o w st h a tf a b r i ca f t e rp u p a f i n i s h i n gt h eo v e r a l ls t y l ew a sl e s sa f f e c t e d k e y w o r d s ：r a b b i th a i r ；k n i t t e df a b r i c ；l o s sh a i rp r o o f ；p u ；p a 目录 第一章前言l 1 1 引言一l 1 2 兔毛的形态和结构2 1 3 兔毛产品的掉毛和防掉毛方法研究2 1 3 1 兔毛织物的掉毛现象2 1 3 2 兔毛防掉毛的研究进展3 1 4 本研究使用防掉毛整理剂的性质一4 1 4 1 蛋白酶简介4 1 4 1 1 蛋白酶分类一4 1 4 1 2 蛋白酶的结构和特性一4 1 4 1 3 蛋白酶减龟处理的作j l 机理5 1 4 2 水性聚丙烯酸酯简介5 1 4 2 1 丙烯酸酯的单体结构一5 1 4 2 2 水性聚内烯酸酯在纺织中的应用5 1 4 3 水性聚氨酯简介6 1 4 3 1 水性聚氨酯的分类6 1 4 3 2 水性聚氨酯的结构与性能一7 1 4 3 - 3 水性聚氨酯在纺织品整理中的应用一9 1 5 课题的研究h 的及意义一9 1 6 课题研究的内容1 0 第二章兔毛掉毛机理和检测指标的确定1 l 2 1 实验部分l l 2 1 1 实验仪器1 l 2 1 2 实验材料一l l 2 1 3 测试方法1l 2 1 3 1 掉毛鼍测定1 l 2 1 3 2 抽拔力测试1 2 2 1 3 3 单纤维强力测试1 2 2 1 3 4 纤维细度测试1 2 2 1 3 5 摩擦系数测定1 2 2 2 实验结果及讨论1 3 2 2 1 兔毛纤维形态特征分析1 3 2 2 2 兔毛的物理机械性能1 4 2 2 3 兔毛掉毛性质评价与检测指标1 5 2 2 3 1 摩擦测试评价标准的确定1 6 2 2 3 2 抽拔力测试评价标准的确定1 8 2 2 4 本章小结1 9 第三章防掉毛整理剂的选择和评价2 1 3 1 实验部分2 l 3 1 1 实验仪器2 l 3 1 2 材料与试剂一2 2 3 1 3 水性聚氨酯p u 6 2 8 的制备2 2 3 1 4 蛋白酶处理2 2 3 1 4 1h 2 0 2 预处理2 2 3 1 4 2 氨- 盐预处理2 3 3 1 4 3 蛋白酶处理2 3 3 1 5 树脂整理2 3 3 1 5 1 脱液时间和焙烘温度的选择2 3 3 1 5 2 整理剂用量选择2 4 3 1 5 - 3 碱对p u 6 2 8 整理效果的影响2 4 3 1 5 4 有机硅柔软整理2 5 3 1 6 测试方法2 5 3 1 6 1 减重率测试2 5 3 1 6 2 硬挺发测试2 5 3 1 6 3 耐水洗性能测试2 6 3 1 6 4 白度测试2 6 3 1 6 5 织物断裂强力测试2 6 3 1 6 6 扫描电镜( s e m ) 观察2 6 3 1 6 7 红外光谱分析2 6 3 1 6 8 热重分析2 7 3 2 试验结果与讨论2 7 3 2 1 蛋白酶减最处理的防掉毛整理2 7 3 2 1 1 预处理对酶处理效果的影响一2 7 3 2 1 2 蚩白酶处理工艺优化3 0 3 2 1 3 蛋白酶处理对纤维性能的影响3 3 3 2 2 水性聚丙烯酸酯整理3 4 3 2 2 1 脱液时间和焙烘温度的选择3 5 3 2 2 2 整理剂浓度选择3 5 3 2 3 水性聚氨酯整理3 6 3 2 3 1 脱液时问和焙烘温度的选择3 6 3 2 3 2 整理剂浓度选择3 8 3 2 3 3 碱浓度选择3 9 3 2 4p u 6 2 8 整理后纤维性能变化4 l 3 2 5 三种防掉毛整理剂效果评价和选择4 4 3 2 5 1 酶处理与p u 6 2 8 整理效果对比4 4 3 2 5 2p a 与p u 6 2 8 整理效果对比4 6 3 2 6 本章小结4 8 第阴章p a 物理共混改性p u 的防掉毛整理4 9 4 1 实验部分4 9 4 1 1 实验仪器4 9 4 1 2 实验材料一4 9 4 1 3p a 共混改性的p u 的制备5 0 4 1 4p u p a 树脂薄膜的制备5 0 4 1 5 混合树脂的防掉毛整理5 0 4 1 6 测试方法5 0 4 1 6 1 树脂膜强度测试5 0 4 1 6 2 耐水洗性能测试5 l 4 1 6 3k e s 钐 物风格测试5 l 4 2 实验结果与讨论5 2 4 2 1p u p a 树脂薄膜的性质5 2 4 2 1 1p u p a 树脂薄膜的的物理机械性质5 2 4 2 1 2p u p a 树脂膜的红外分析5 3 4 2 1 3p u 佻树脂膜热稳定性分析5 4 4 2 2 混合树月旨整理对防掉毛效采的改善5 5 4 2 3 防掉毛整理前后织物风格分析5 7 4 2 4 本章小节一5 9 第五章结论6 l 参考文献6 3 论文发表及参加科研情况一6 7 致谢6 9 第章前言 1 1 引言 第一章前言 兔毛纤维细长，表面光滑且富有光泽，是一种珍贵的毛纺织原料。兔毛纺织 品质地轻盈、滑糯蓬松、手感柔软，而且兔毛颜色洁白，对染色、配色有很人的 适应性，同时，兔毛纤维中充气的毛髓层发达，因此又具有优良的保暖性能。据 有关文献介绍，普通兔毛的保暖性要比美利奴羊毛高3 1 7 ，比般绵羊毛高 9 0 1 5 f i i ，由此可见穿着兔毛纺织品具有特别的舒适感。 兔毛适宜纺针织纱，用于针织的女式套衫、嗣巾、帽子和内衣衫裤等，针织 衫绒毛耸立，别具风格，既能御寒，又是美观的装饰品。目前，我国兔毛的年产 量早已超过1 万吨，占世界总产量的9 0 以上，从上世纪5 0 年代开始就位居世 界之首，产量分布在全国十几个省市，其中以山东、浙江、江苏、安徽等地的兔 毛资源最为丰富【2 】。 我国幅员辽阔，人口众多，劳动力资源非常丰富，发展长毛兔养殖业具有特 别优良的条件。在建围初期，由于受限予当时纺织技术的落后，化工助剂的缺乏， 国内兔毛产品一直未能打开市场。在此后2 0 多年间，兔毛一直以原料形式作为 我困土畜产业传统的大宗商品出口。巍到八十年代初，上海率先引进国外技术成 立了兔毛纺织的专营企业，随后江苏、山东、浙江、安徽等地区也陆续建成了一 些生产加工兔毛产品的企业，迅速形成了我国第一批兔毛纺织工业基地，高档的 兔毛产品不仅填补了国内空白，而且逐渐打入了国际市场1 7 l 。 随着社会的进步，人们生活水平的提高，兔毛产品不仅需求量在逐步扩大， 而且对品质、纯度的要求也越来越高。目前，圜内外市场上兔毛产品的种类繁多， 包括粗纺产品、精纺产品、针织产品和机织产品等，其中以兔毛粗纺针织物的产 量最大。 我同的兔毛生产加工虽然已经具有一定的规模，但由于受到兔毛纤维本身性 质和加工条件的限制，兔毛针织物易掉毛的问题直未得到有效的解决，这极大 影响了兔毛纺织品的服用舒适性，严重制约了兔毛纺织工业的发展。为此，国内 相关部门曾先后投入大量人力物力进行研究，取得了一些成果，已基本解决了兔 毛的可纺性问题，并克服了高比例兔毛制条难题。然而，如何在最大程度保证兔 毛纤维本身优良特性的原则下解决兔毛针织物的掉毛问题，仍然很难取得睡全齐 天津j ：业人学硕士学f 蕾论迁 美的效果。平民化的兔毛产品尚有方兴未艾之势，兔毛针织物的掉毛问题必然成 为制约兔毛产品开发的关键。 1 2 兔毛的形态和结构 兔毛纤维洁白，手感滑爽，表面光滑，富有较强的光泽，是常用动物毛绒中 最细的纤维，是近几年毛纺行业的主要原料之一。兔毛与羊毛一样，主要都是有 碳、氢、氧、氮、硫五种元素组成，而且兔毛的氨基酸成分与羊毛也相同，但是 兔毛有些氨基酸如胱氨酸、谷氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸及氨的含量略高于羊毛， 其他氨纂酸低于或与羊毛接近【l 】。 在形态上，兔毛属于异质毛类型，它的外观形态一是粗细相差悬殊，二是长 短差异也大。一般毛越粗，长度越长，毛越细，长度越短，另外还有一些两型毛。 毛在兔身上的部位不同，毛的形态也不相同。一般从兔背部所采的毛，毛形清晰， 毛丛形态较好，有的毛丛还有波浪形卷曲。其他部位如腹部与头、颈、尾部的毛 长度较短，剪下的毛也较散乱。在不同级别的兔毛中，毛的外观形态也不相同： 优级毛毛形清晰蓬松，长度长；一级毛毛丛清晰较蓬松；二级毛毛丛清晰程度及 篷松性就较差了；三级毛的毛形较混乱，基本无毛丛结构，而且还有少量的缠结 毛。 兔毛的集合体中有很多很细的绒毛、细毛、两型毛及粗腔毛。细毛、绒毛皆 归为细毛，细毛与粗毛的平均直径界限为3 0 9 m 。兔毛的长度差异较大，受地区、 兔毛品种的影响较大，最长的可达9 0 m m 左右，最短的仅2 0 m m 左右【1 1 。对于兔 毛来说，无论哪种类型的纤维都是由鳞片层、皮质层及髓质层组成。 兔毛鳞片层的形态结构比羊毛复杂。细绒毛的鳞片由近似一个个花盆叠在一 起，呈锐角三角形。粗毛的鳞片则类似水纹状。即使一根兔毛，毛根到毛尖鳞片 的形态也不相同。兔毛皮质层所占比例比羊毛少，纤维越细皮质层所占比例越小， 但正皮质细胞的微结构与羊毛相似。兔毛的髓质层非常发达，是其比重小、保暖 性好的决定因素，但也直接影响了兔毛的物理机械性能1 3 l 。 l 。3 兔毛产品的掉毛和防掉毛方法研究 1 3 1 兔毛织物的掉毛现象 兔毛具有柔软、滑糯、蓬松等特点，在羊毛产品中添加一定数量的兔毛会使 产品的身价盟著提高，高比例的兔毛产品则具有豪华富贵感【4 1 。然而兔毛产品在 穿着、洗涤过程中容易发生掉毛，所掉兔毛粘在衣服和周围其它物体上，不仅影 第一章河? i 响织物的服用性能，也给人们的生活带来不便。兔毛产品在n i i t 中的掉毛现象是 消费者最头痛的问题，它克接影响到兔毛产品的销售。在服用及研究中发现兔毛 产品掉毛有以下规律1 1 1 ： l 、混纺兔毛衫的掉毛几乎全是兔毛。 2 、兔毛比例愈多掉毛愈多，但并不呈线性关系。兔毛含量多的产品，有的 比兔毛含量少的掉毛还少，这与配毛中兔毛的质量及纱的捻度、织物密度有关。 3 、不论什么比例的兔毛衫，开始服用时掉毛多，随着时问延续掉毛逐渐减 少并趋于稳定。 4 、捻度火，织物密度大，掉毛少。 5 、精纺针织物比粗纺针织物掉毛少。 6 、同样比例的兔毛、羊毛混纺针织物比兔毛、化纤混纺针织物掉毛少。 7 、与兔毛衫接触的外衣摩擦系数小，则掉毛少。 1 3 2 兔毛防掉毛的研究进展 引起兔毛织物掉毛的因素很多，概括起来有两方面的原因即外界因素和内在 因素。前者有机械摩擦、化学药剂的腐蚀作用以及纺纱织造工艺不适当等1 5 】。后 者则是兔毛纤维本身的结构特点所决定的，如单纤维强力低、表面光滑、摩擦系 数小、抱合力差等。所以兔毛织物的防掉毛处理的关键是通过各种方法，尽量消 除或减少兔毛织物掉毛因素，提高纤维间抱合力，减少纤维的滑脱。 日前，解决兔毛掉毛的研究主要有三个方向：兔毛纤维的改性，兔毛纺织工 艺的改善以及采用粘结方法将兔毛纤维与其它纤维粘在一起减少纤维的滑脱。 ( 1 ) 兔毛纤维的改性方法主要有三种。一、利用酸处理提高兔毛纤维的卷 曲性能1 6 1 ，增加纤维间的抱合力，使纤维易于成捻，减少了纺纱过程中合毛油的 使用，进而减少了纺织品中浮毛的的含量。二、利用低温等离子体技术【7 垓0 蚀兔 毛，使兔毛纤维变得相对粗糙，静摩擦系数增大，减少兔毛产品因纤维滑脱而产 生的掉毛。三、用蛋白酶减量处理兔引8 1 ，处理后的兔毛鳞片张角增大，从而增 大了摩擦系数。而且破坏了纤维中原来的氢键、二硫键【9 l ，使纤维在纵向自由收 缩，产生卷曲，被破坏的键在新的位置上又重新建立，使卷曲稳定，这样就达到 提高兔毛抱合力的目的。 ( 2 ) 采用新型的纺织加工工艺。一、增加梳毛和人工拣毛工序，开松后用 喷雾代替合毛油，以防止产生的短纤不易去除f l0 1 。二、在不影响产品风格的前提 下，提高织物的密度，双纱织造中最好选用合股纱，以提高对纤维的束缚作用【l0 1 。 三、选用卷髓性和缩绒性好的细羊毛或其他动物毛混纺，增大纤维间的抱合力， 使纤维容易成捻l 。 天津i ：业人学硕 二学化论炙 ( 3 ) 将兔毛与其它纤维混纺，采用粘结手段将兔毛纤维固定，从而防止兔 毛的掉落。一、将兔毛与热熔性纤维混纺【12 1 ，热处理后热熔性纤维粘住兔毛，防 止兔毛纤维的滑脱，从而达到防掉毛的日的。二、将兔毛与带丝胶的蚕丝混纺， 通过丝胶的粘结作用将兔毛粘住，从而达到防掉毛的目的。 1 4 本研究使用防掉毛整理剂的性质 1 4 1 蛋白酶简介 1 4 1 1 蛋白酶分类 蛋白酶和纤维素酶类似【1 4 ，l5 1 ，根据催化水解的( 肽键) 位置不同可以分为内 切酶和外切酶。其中内切酶是从蛋白质分子内部水解肽键的蛋白酶：羧肽酶和氨 肽酶则分别从蛋白质( 或多肽) 分子的羧基末端和氨基末端进行肽键水解，并游 离出氨基酸的蛋白酶。羧肽酶和氨肽酶又称为外肽酶。 另外，蛋臼酶可以根据来源分为动物蛋白酶、植物蛋白酶和微生物蛋白酶： 根据活性温度的高低可分为高温蛋白酶、中温蛋白酶和低温蛋白酶：还可以根据 蛋白酶作用的最适p h 值分为酸性、中性和碱性蛋白酶，这也是微生物蛋白酶的 主要分类方法。值得注意的是，1 9 6 0 年提出了根据蛋白酶的活性中心结构和最 适p h 值的蛋白质分类方法，该方法将蛋白酶分为丝氨酸蛋白酶、巯基蛋白酶、 金属蛋白酶和酸性蛋白酶。根据蛋白酶的结构进行分类，是目前比较流行的一种 分类方法【1 6 】。 1 4 1 2 蛋白酶的结构和特性 蛋白酶本身也是一种蛋白质，其立体的巨大结构非常复杂，这也决定了蛋白 酶极高的催化效率、高度的催化专一性和其他一些特殊的性质【”】。蛋白酶大分子 链中发挥催化作用的是氨基酸残基，但也并非所有的氨基酸残基都会参与到催化 反应过程中，反应只发生在酶分子很小的部位上，这个部位称为活性部位。 蛋白酶是水解为肽键的一类酶，蛋白质在蛋白酶的催化作用下，能迅速水解 为胨、肽等，最终水解为氨基酸，蛋白酶用来处理毛、丝等蛋白质纤维，对毛制 品起到抛光作用，光泽度提高，低温染色其色泽鲜艳，经过柔软整理后，织物具 有手感柔软、滑爽的性能，具有机可洗、抗起球、防掉毛等护理功能，能有效的 消除有机氯，对人体无伤害，还可用于丝的脱胶，不损伤纤维【1 6 l 。 第嚣前? i l 4 1 3 蛋白酶减量处理的作用机理 目前，蛋白酶在纺织中的应用主要是应用于羊毛的表面改性方面【l ”，例如在 羊毛的防毡缩处理中采用蛋白酶减量处理替代传统的氯化工艺。蛋白酶主要由一 系列的肽酶和纤维蛋白酶构成，对羊毛的作用一般是刻蚀羊毛的鳞片表层和鳞片 层，从而改善羊毛的物理、化学和机械性能，提高羊毛纺织品的染色、抗起毛起 球和防毡缩性能，使产品获得更高的附加值。 羊毛的蛋白酶水解催化水解由以下过程完成0 8 - 2 0 1 ：酶分子在溶液中向羊毛纤 维表而扩散：蛋白酶分子在溶液中向羊毛纤维表面吸附：蛋白酶分子从羊毛纤维 表l 厨的结构疏松部位向羊毛内部扩散和渗透；蛋白酶的催化水解反应；反应产物 从羊毛内部向外部扩散；产物向溶液中扩散。由于纤维表面覆盖有致密的鳞片， 因而从减量的角度看，未经氧化预处理而对羊毛具有较人减量活力的酶数量并不 多。蛋白酶处理之前用双氧水等对纤维进行预处理瞄啦2 i ，可使羊毛蛋白中的交联 ( 二硫交联) 被打开，形成羊毛硫胺酸，从而使蛋白分予更易变形并向有利于酶 催化的位置取向。促进酶减量的增加。 1 4 2 水性聚丙烯酸酯简介 1 4 2 1 丙烯酸酯的单体结构 丙烯酸酯树脂是指分子末端具有丙烯酸酯( 或甲基丙烯酸酯) 基团的预聚体， 或由丙烯酸酯组成的均聚物或共聚物。丙烯酸或者丙烯酸酯分子结构可以用如下 通式表示【2 3 】： c h 2 = c r l c o 旬r 2 式中：r l 可以是h 、c h 3 、c n 等基团： r 2 可以是卜1 8 个碳原予的烷基，也可以为带有各种官能团的结构。 对于共聚合的丙烯酸酯类单体 2 4 - 2 6 】，首先要求单体在有表面活性剂的水溶液 中有一定的溶解度( 比较低但不是很低) ；其次，在这种溶解的状态下，在定 的温度时，单体被引发聚合；第三，单体与水、表匝活性荆或其他添加剂之间不 会有明湿的化学反应；第四对于水性的聚丙烯酸酯，r 2 中要引入羧基等亲水性 基团以减小乳化的难度。 1 4 2 2 水性聚丙烯酸酯在纺织中的应用 常埘作纺钐 整理剂的聚丙烯酸酯有两种 2 7 2 8 ，一种是溶剂型，种是水性。 天津i ：业人学硕l ：学化论文 但是溶剂型需要大量的有机溶剂，而有机溶剂易挥发、易燃、易爆、有毒、有味， 会恶化劳动条件和造成环境污染。水性聚丙烯酸酯具有成膜性好、强度高、粘结 性强和环境友好等特点，越来越得到广泛的应用。 ( 1 ) 聚丙烯酸乳液单体的选择 2 9 - 3 1 】。主体为聚丙烯酸酯单体，常用的丙 烯酸丁酯等。其均聚物对织物有良好的黏附性能，其皮膜柔软、耐光、耐热、耐 老化，但强度低，需要加入其它单体进行共聚改性。其他不饱和单体，常f f j 的 有甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈等，可赋予涂膜以优良的力学性能。交联单体，常 用的有n 羟甲基丙烯酸酰胺和( 甲基) 丙烯酸羟丙酯等，可使大分子链交联， 形成网络结构，以提高涂膜的力学性能、耐水性和对织物的粘结性。带羧肇的 单体，常用的有丙烯酸、甲基丙烯酸等，这种共聚物可使大分予链上带有羧基， 一方面使乳液稳定：另一方面赋予乳液以碱增稠性，同时可用于5 l - ：j n 交联剂或大 分予链上的交联基团反应。 ( 2 ) 聚丙烯酸酯乳液的应用 2 9 - 3 1 1 。防水涂层，用丙烯酸酯共聚物乳液作 织物防水涂层，可使织物表面形成紧密、连续的大分子网状结构涂层物，手感柔 软、耐候性好，强度高，具有良好的防水性能。防皱整理齐| j ，以马来酸、丙烯 酸等含烯基单体共聚制得的聚羧酸无甲醛免烫整理剂和纤维索发生酯化反应，使 分子问形成酯键交联，达到防皱效果，用于整理织物的回复角可达2 5 0 。以上， 平挺度在3 5 以上，撕破强力保持为6 5 以上。防缩整理荆，使用聚丙烯酸酯 整理剂处理羊毛织物使其沉淀在纤维表面，可以覆盖纤维的鳞片层，从而使正反 向的摩擦系数接近，防止羊毛毡缩。亲水抗静电整理剂，丙烯酸酯与亲水性单 体的共聚物能征纤维表面形成阴离了型亲水性膜。由于分子中有亲水性很强的羧 基，所以抗静电效果及耐洗性很好。 1 4 3 水性聚氨酯简介 1 4 3 i 水性聚氨酯的分类 水性聚氨酯的分类方法有好多种，现在主要的分类方法有以下儿种【3 列。 ( 1 ) 按分散状态水性聚氨酯可分为聚氨酯乳液、聚氨酯分散液、聚氨酯水 溶液。习惯上，分散液和乳液又统称为聚氨酯乳液或聚氨酯分散液，区分并不严 格，实际应用中，水性聚氨酯以分散液和乳液居多，水溶液较少。其分类如表 1 i 所示。 表1 1 水性聚氯酯分类 ( 2 ) 按使用形式水性聚氨酯可分为瞥组分和双组分两类。可直接使用，或 无需交联剂即可得到所需使用性能的水性聚氨酯称为单组分水性聚氨酯；单独使 用不能获得所需的性能，必须添加交联剂才能使用的水性聚氨酯称为双组分水性 聚氨酯。 ( 3 ) 按亲水性基团的性质可分为阴离子型水性聚氨酯、阳离子型水性聚氨 酯、非离子型水性聚氨酯、混合型水性聚氨酯。 ( 4 ) 按聚氨酯的水性化方法分为内乳化法和外乳化法。内乳化法又称自乳 化法，是指聚氨酯链段中含有亲水性成分，因而无需乳化剂即可形成稳定乳液的 方法，自乳化法制备水性聚氨酯最常用的方法有预聚体分散法和丙酮法。外乳化 法又称强制乳化法，若分予链中仪含少量不足以自乳化的亲水性链段或基团，或 完全不含亲水性成分，此时必须添加乳化剂，借助外力才能得n s l 液。 1 4 3 2 水性聚氨酯的结构与性能 聚氨酯树脂与其它树脂( 如聚酯、聚醚) 不同，如聚酯树脂中只有酯键和羟 基，聚醚中只含有醚键，而在聚氨酯树脂中，除氨酯键外，还可能含有醚键、酯 键、脲键、脲基甲酸酯键以及油酯的不饱和键等p 3 1 。水性聚氨酯合成的主要过程 是用水溶性或亲水性大分子多元醇与多异氰酸酯发生加成反应，生成端异氰酸酯 基的预聚体，再经过扩链和乳化得到【3 4 1 。聚氨酯性能和异氰酸酯结构有着密切的 关系。多异氰酸酯是聚氨酯的关键原料，其通式为1 3 2 ： r 一( n = c = o ) n 异氰酸酯基的化学性质非常活泼，在水性聚氨酯的合成和应用过程中会发生 系列的化学反应。 r 、一。h h 2 0 r _ n c o + r 州2 r ”n h c o n h r r ”n h c o o r 、 _ r n h c o o r ( 氨基甲酸酯) 辛r n h c o n h r ( 脲) - f c 0 2 _ r n h c o n h r ( 脲) - * r ”n h c o n r c o n h r ( 缩二脲) 一r ”n h c o n r c o o r ( 脲基甲酸酯) 天津i ：业人学硕l ：学化论文 水性聚氨酯乳液的连续相为水，易保管和贮存，使用方便；它较完整地保留 了溶剂型聚氨酯的特性，特别是交联型聚氨酯乳液。水性聚氨酯与溶剂性聚氨酯 相比，水性聚氨酯具有以下特点 3 5 - 3 6 l ： ( 1 ) 大多数水性聚氨酯中不含一n c o 基团( 某些双组分水性聚氨酯除外) ， 因而主要是靠分子内极性基团产生氯键、范德华力等二级键进行固化。而溶剂型 或无溶剂单组分或双组分聚氨酯可充分利用一n c o 的反应而固化。水性聚氨酯 中含有羧基、羟基等基团，适宜条件下可参与反应，使胶膜产生交联。 ( 2 ) 除了外加的高分子增稠剂外，影响水性聚氨酯黏度的重要冈素还有离 予电荷、荷壳结构、乳液粒径等。聚合物分子上的离子及反离子越多，黏度越大； 而固体含量、聚氨酯树脂的分子最、交联剂等【大j 素对水性聚氨酯黏度的影响并不 明鼹。这有利于提高聚氨酯的分子量、支化度等，以提高其内聚强度。与之相比， 溶剂型聚氨酯黏度的主要影响冈素有聚氨酯的分子量、支化度、浓度等。相同的 固体含量，水性聚氨酯的黏度较溶剂型聚氨酯小。水性聚氨酯的黏度一般通过水 溶性增稠剂及水调整。而溶剂型可通过提高固含量、聚氨酯的分予量或选择适宜 溶剂来调整。 ( 3 ) 由于水的挥发性比有机溶剂差，故水性聚氨酯干燥较慢，并且由于水 的表面张力大，对表断疏水性的基材的润湿能力差，若当人部分水分还未从粘接 层挥发到空气中，则不易得到连续性的胶层。 ( 4 ) 水性聚氨酯可与多种水性树脂混合，以改进性能或降低成本。此时应 注意离子型水性胶的离予性质和酸碱性，否则可能引进凝聚。丽受到聚合物问的 相容性或在某些溶剂中的溶解性的影响，溶剂型聚氨酯只能与为数有限的其他树 脂共混。 ( 5 ) 水性聚氨酯无毒、气味小，操作方便，残胶易清理，而溶剂型聚氨酯 使用中需要耗用大量溶剂，会造成环境的污染，清理也不及水性方便。 另外，可通过以下几个方面实现水性聚氨酯的高性能化。 ( 1 ) 调整原料的亲水成分，亲水成分在树脂固体成分中所占的质量分数越 大，则预聚体即固体树脂的亲水性程度越大，越易得到颗粒极其细微的乳液。 ( 2 ) 调整预聚体的分子量，乳化前预聚体的分子量小，黏度低，有利于在 水中的剪切分散。含羟基原料的羟基与二异氰酸酯的异氰酸酯基团的摩尔比影响 预聚体的黏度及制品的性能。一般来说，摩尔比越犬，预聚体的黏度就越小，乳 化时因水扩链或胺扩链而形成的脲键多，致使胶膜变硬，模量高。 ( 3 ) 调整多元醇的分予量，多元醇的分子量越大，所制成水性聚氨酯的胶 膜越软：反之，分予量越小及官能团越多，胶膜越硬，耐水性越好。 ( 4 ) 与其他聚合物共聚或共混，在经过p h 值调节或经过相容稳定处理后， 第蕈前? ； 可将水性聚氨酯与其他水性树脂如丙烯酸乳液、氯丁橡胶等共混，组成新的性能 更加优良的水性树脂。 1 4 3 3 水性聚氨酯在纺织品整理中的应用 在纺织行业中，水性聚氨酯作为染色和印花助荆，可用作涂料印花的低温黏 合剂、非织造布黏合剂、层压黏合剂、织物上浆剂。聚氨酯由于具有多功能性， 所以广泛用作织物后整理剂。聚氨酯对天然纤维织物和合成纤维织物的多项性 能，如手感丰满度、抗皱性、抗起球性等都有不同程度的调节和改善作用。引入 特殊基团的水性聚氨酯可制成耐火阻燃的整理剂，还可作为羊毛制品的防缩削、 防腐防霉剂、耐化学整理剂等。目前，水性聚氨酯在纺织后整理常用作以下整理 剂。 ( 1 ) 柔软与防皱整理剂【37 1 ，水性聚氨酯不含甲醛，具有较好的成膜性和弹 性，可以全部或部分代替氨基树脂用作织物的防皱整理剂或柔软添加剂。另外， 含有端基- - n = c = o 的水性聚氨酯，可与纤维中的- - o h 、n h 2 等发生交联反应， 且大分子重复单元上含有活泼氢，能与本身未反应的异氰酸酯基形成交联，从而 进一步提高织物的折皱回复性。 ( 2 ) 防水透气涂层整理荆【3 引，水性聚氨酯分子结构中含有大量极性基团， 成膜性好，可在织物上形成耐久性拒水薄膜。另外，正是由于这咎极性基团的“化 学阶梯式”作用，水蒸气才得以迁移，使涂层织物具有透湿性。 ( 3 ) 羊毛防缩整理剂【3 9 - 4 2 1 ，对羊毛织物进行防缩整理，达到机可洗目的， 已成为广大消费者的迫切要求。常用的羊毛防缩剂是聚酰胺表氯醇缩合物和聚氨 酯。但是用前者整理需对羊毛纤维进行一定氯化预处理，工艺过程较为复杂，操 作控制难度较火。由于目前的防缩整理般采用毛条连续化处理，水性聚氨酯防 缩整理剂可一步到位，省去了氯化预处理的工艺，操作相对简单并且没有污染。 ( 4 ) 织物表面涂层剂【4 3 , 4 4 1 ，在纺织品表面涂饰一层水性聚氨酯后，能形成 坚韧、柔软并且能透湿透气的薄膜。涂膜后经后定的整理加工，可有效的提高 织物染色、防水、耐磨、耐延伸、耐干洗等性能。使织物具有耐用、耐洗、挺括、 防皱和手感好的特性，而且可以提高织物的抗皱性，并使手感丰满厚实。 1 5 课题的研究目的及意义 兔毛是纺织原料中一颗灿烂的新星，兔毛纺织品“轻、软、暖、爽、美” 的优点是棉花、化纤及其他动物毛发纤维无法比拟的。随着经济的发展和生活质 量的提高，兔毛纺织品也在逐渐走入寻常百姓的生活，然瓶掉毛问题直是兔毛 天渖j ：业人学硕一l ：学化论史 纺织品的最大顽疾，严重制约了整个兔毛纺织产业的发展。 现在，解决兔毛掉毛的方法多种多样，但是仍没有找到一个既能有效解决掉 毛又能保证兔毛本身风格不受影响的方法。酸处理可提高纤维卷曲的程度很小， 不能满足高品质兔毛针织物的要求：低温等离子体和酶处理虽然能有效减少兔毛 的滑脱，但也会造成兔毛强力下降，纤维更易折断，且产品的滑糯感受到破坏； 采用特殊的纺织加工工艺对解决掉毛的贡献有限，而且会造成生产成本的增加： 与热熔纤维混纺也只能做混纺产品，若要达到较好的防掉毛效果，需增大热熔性 纤维的含量，产品开发受到的限制；树脂整理是一种有效的防掉毛方法，但必须 注意织物整体服用风格的变化。 本课题是选用酶处理、水性聚丙烯酸酯和水性聚氨酯整理作为兔毛织物防掉 毛方法，通过整理荆的选择、工艺的优化、合理的评价和测试方法，找到一个在 最大程度保证兔毛本身优良特性的原则下解决兔毛针织物掉毛的方法。 1 6 课题研究的内容 本课题研究了兔毛针织物的掉毛机理，由掉毛曲线出发提出了掉毛速率的概 念，并确定了防掉毛整理效果的评价标准。 采用酶处理和树脂整理两种方法进行防掉毛整理，研究的主要内容包括以下 几个方面： ( 1 ) 研究了酶处理过程中预处理方法、酶浓度和酶处理时间等工艺条件对减 重率和防掉毛效果的影响。 ( 2 ) 优化了水性聚丙烯酸酯和水性聚氨酯的整理工艺，从防掉毛效果、织物 硬挺度变化等方面分析了两种整理剂的优缺点。 ( 3 ) 提出并研究了水性聚丙烯酸酯共混改性的水性聚氨酯的防掉毛效果，分 析了混合整理剂整理后的耐水洗性、热稳定性以及k e s 风格变化。 第：牵兔己掉色机辟取i 盒测指标的确定 第二章兔毛掉毛机理和检测指标的确定 兔毛钳织物的掉毛机理非常复杂，根据目前圜内外的研究成果表明兔毛的滑 脱和断裂是造成织物掉毛的晒个主要阕素。此外，兔毛行业中关于兔毛掉毛量的 测定尚无特定的仪器和手段，更没有统一的测定标准，目前比较常用的测试方法 是利用平磨仪进行摩擦掉毛测试( 4 5 i 。本章的主要 i 的是通过研究兔毛纤维的结构 特点、物理机械性能，分析兔毛织物掉毛原冈。通过对兔毛织物摩擦掉毛曲线的 分析和抽拔力的测试，确定适宜的防掉毛整理效果评价方法。 2 i 实验部分 2 i i 实验仪器 ( 1 ) s e 6 0 2 f 电子分析天平( 上海奥豪斯仪器有限公司) ( 2 ) y g ( b ) 4 0 1 d 全自动织物平磨仪( 温州市人荣纺织仪器有限公司) ( 3 ) y g 0 0 1 a 电子式单纤维强力仪( 南通宏大测试仪器有限公司) ( 4 ) d x s 1 0 a 显微镜( 上海电子光学技术研究所