CN101109151A

CN101109151A - 嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法

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Publication number: CN101109151A
Application number: CNA2007100756451A
Authority: CN
Inventors: 张慧茹; 李冬霜; 吕幼军; 李荣光; 杨建�
Original assignee: Shenzhen Research Institute Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University; Shenzhen Research Institute Tsinghua University
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2027-08-08
Also published as: CN101109151B

Abstract

一种嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，包括如下步骤：a)制备嵌段聚氨酯预聚体，在固定软段组成和含量不变的前提下，调节硬段含量，使可逆相由富软段相和短硬段相组成，固定相由富硬段相组成；b)将嵌段聚氨酯预聚体与相变材料按一定比例加入到含有乳化剂的水溶液中，形成水包油的乳浊液体系，当乳化到微胶囊粒径符合要求后，再加入扩链剂和交联剂，恒温条件下继续搅拌一定时间，即制得以嵌段聚氨酯为微胶囊壁材、相变材料为微胶囊芯材的嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂乳液。本发明采用同一种化学基材-聚氨酯，因此复合整理剂对助剂的要求、整理液的配方和整理工艺基本相当，从而能够良好地实现透气透湿功能和调温功能的协同效应。

Description

嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种织物整理剂，尤其是指一种嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法。

背景技术

现今，服饰面料的舒适性是消费者选购服饰时的首要指标。面料的舒适性主要体现在皮肤的舒适感，即面料具有好的透气透湿性。常见的透气透湿织物是由织物经层压或涂覆一层透气透湿膜而制备的。这类膜材料通常为聚四氟乙烯(参见中国专利CN 1414169和CN 2546479)或聚氨酯(参见美国专利US 5,234,525和US 5,208,313)。同时，在现代生活中，面料的功能性(抗菌、防蚊、防瞒、远红外、防紫外、调温、调湿、香味、维生素等功能纺织品)也越来越受到重视。近年来，人们已经研制了许多纺织品的功能整理剂，但大多数都是单一功能的整理剂。目前，多功能复合整理剂的开发迫在眉睫。当前，多功能复合整理剂的开发难点在于各功能的协同效应，如何避免各功能的彼消此涨现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，以制备出能有效克服复合整理中各功能的彼消此涨现象的复合整理剂。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其包括如下步骤：

a)制备由软段相和硬段相组成的嵌段聚氨酯预聚体，在固定软段组成和含量不变的前提下，调节硬段含量，使可逆相由富软段相和短硬段相组成，固定相由富硬段相组成；

b)将制得的嵌段聚氨酯预聚体与亲脂性的相变材料按照一定比例在快速搅拌条件下加入到含有乳化剂的水溶液中，形成水包油的乳浊液体系，当乳化到微胶囊粒径符合要求后，再加入扩链剂和交联剂，恒温条件下继续搅拌一定时间，即制得以嵌段聚氨酯为微胶囊壁材、相变材料为微胶囊芯材的嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂乳液。

本发明的有益效果是：由于本发明的方法在制备嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂时采用了同一种化学基材-聚氨酯(相变材料被包覆而起到隔离作用)，因此对助剂的要求、整理液的配方和整理工艺基本相当，从而能够良好地实现透气透湿功能和调温功能的协同效应，达到对织物的透气透湿功能和调温功能的复合整理。

应用本发明方法制备的嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂对织物进行涂层或整理后，织物具有低温时低透气透湿、高温时高透气透湿的功能；同时，包覆在微胶囊里的芯材-相变材料，在相变点时吸收或释放的潜热能够在织物与人体之间形成微气候，实现冬暖夏凉的效果，即织物也具有调温的功能；从而实现对织物的透气透湿功能和调温功能的复合整理。

具体实施方式

本发明提供一种嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，包括如下步骤：

a)制备由软段相和硬段相组成的嵌段聚氨酯预聚体，在固定软段组成和含量不变的情况下，调节硬段含量，使可逆相由富软段相和短硬段相组成，固定相由富硬段相组成，以固体含量为基准计，硬段相的质量百分含量为20％-50％，软段相的质量百分含量为80％-50％；

b)然后，将制得的嵌段聚氨酯预聚体与相变材料以一定比例，快速搅拌条件下加入到含有乳化剂的水溶液中，乳化到微胶囊粒径合乎要求后，加入扩链剂和交联剂，继续一定时间，即制得嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂乳液，优选地，所述壁材占微胶囊总质量的20％-60％；

芯材占微胶囊总质量的80％-40％，微胶囊的平均直径优选为2μm-8μm。

其中，作为微胶囊壁材的嵌段聚氨酯预聚体的可逆相主要由聚酯型或聚醚型聚合多元醇和少量的脂肪族或芳香族二异氰酸酯以及少量的短链脂肪族二元醇组成；固定相主要由芳香族二异氰酸酯和短链脂肪族二元醇或含羧基的短链脂肪族二元醇。

所述聚酯型或聚醚型聚合多元醇为如下物质中的任意一种：聚己内酯二醇、聚己二酸丁二醇酯、聚己二酸己二醇酯、聚四氢呋喃、聚乙二醇。

所述脂肪族或芳香族二异氰酸酯为如下物质中的任意一种：4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、1，4′-苯二异氰酸酯、异佛尔酮-二异氰酸酯、4，4′-二环己基甲烷二异氰酸酯。

所述短链脂肪族二元醇、含羧基的短链脂肪族二元醇为如下物质中的任意一种：1，4-丁二醇、1，6-己二醇、乙二醇、二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸。

相变材料优选采用石蜡烃，其至少含有C₁₂-C₃₂的直链烷烃中的任意一种或几种的混合。

所述扩链剂为小分子的二醇或二胺类，可选自如下物质中的任意一种：乙二醇、1，4-丁二醇、乙二胺、己二胺。

所述交联剂为三羟基多元醇，可选自如下各物质中的任意一种：丙三醇、三羟甲基丙烷、蓖麻油。

所述乳化剂选自如下物质中的任意一种或者任意两种的复配：苯乙烯-马来酸酐共聚物、聚乙烯醇、N-甲基-2-吡咯烷酮、吐温系列乳化剂，其中吐温系列乳化剂又可选择T-60或T-80。

本发明通过分子设计制备由硬段相(也称固定相)和软段相(也称可逆相)组成的嵌段聚氨酯，是一种良好的成膜材料；并且在分子结构中引入亲水性的离子基团，使得分子结构中的软段和硬段存在极性差异。根据相似相容原理，将此嵌段聚氨酯预聚体与亲脂性的相变材料以一定比例在加热和快速搅拌的情况下加入到含有乳化剂的水溶液中，嵌段聚氨酯疏水的分子链朝向相变材料，形成内层囊壁，嵌段聚氨酯带有离子的亲水基团则朝向水中，形成外层囊壁，整个体系形成水包油的乳浊液，乳化到微胶囊粒径合乎要求后加入扩链剂和交联剂，恒温条件下继续搅拌一定时间，即可制得嵌段聚氨酯包覆相变材料的微胶囊复合整理剂乳液。

嵌段聚氨酯的固定相具有较高的玻璃化转变温度(T_gh)和结晶熔融温度(T_mh)；而可逆相在15℃-60℃温度范围内有明显的玻璃化转变温度(T_g)和结晶熔融温度(T_m)。使用此嵌段聚氨酯对织物进行整理，并且把T_g或T_m设定为人体穿着不适(舒服)的温度，当环境温度低于T_g或T_m时，聚合物分子链段的运动被冻结，聚合物处于结晶态或玻璃态，分子链的致密排列使得透气透湿量较小；而当环境温度高于T_g或T_m时，聚合物的大分子链段解冻而处于橡胶态，高分子的链间间隙(自由体积)明显增大，从而具有高透气透湿量。而且这种透气透湿性即穿着舒适性可通过体温调节，具有智能化的功效。

同时，包覆在微胶囊里的芯材-相变材料，在相变点时吸收和释放的潜热能够对面料表面温度地升降起到缓冲作用，从而在织物与人体之间形成微气候。进而实现对织物的透气透湿功能和调温功能的复合整理。

下面通过几个实施例来详细说明制备方法的具体过程。

实施例1

使包括0.02g的月桂酸二丁基锡、66.98g的聚乙二醇(分子质量3000，已干燥)、10g的甲苯二异氰酸酯和3g的1，4-丁二醇的软段相组分在干燥氮气保护、70～80℃反应温度、搅拌反应3～4小时，获得具有软段相结构的聚氨酯预聚体；再加入14g的4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、2g的1，4-丁二醇、3g的含羧基的二羟甲基丙酸和1g的交联剂三乙醇胺的硬段相组份，在50～60℃反应温度、搅拌继续反应2～3小时左右，获得包含软段相和硬段相的具有嵌段结构的聚氨酯预聚体。

取55g的嵌段聚氨酯预聚体与40g的C₁₂-C₃₂直链烷烃，在加热和快速搅拌的情况下加入到含有苯乙烯-马来酸酐共聚物和T-80复配乳化剂的水溶液中，形成水包油的乳浊液体系，乳化到微胶囊粒径合乎要求后(平均粒径为2μm-8μm)，加入3g的二羟甲基丙酸和2g的丙三醇，恒温搅拌继续2～3小时，生成的聚合物不断沉积在直链烷烃的表面，形成微胶囊的囊壁，即获得固含量为30％的嵌段聚氨酯为囊壁包覆烷烃的嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂乳液。

获得的嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂乳液，只有一种化学基材-聚氨酯(烷烃被包覆而隔离)，因此对助剂的要求一样，简化了整理液的配置。常温常压下，将分散剂、黏合剂、渗透剂和柔软剂溶于水中并且快速搅拌形成稳定的乳液后，加入嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂乳液，继续搅拌，乳液均匀稳定后，将纯棉或涤棉织物浸入其中，经过两浸两轧，然后预烘、焙烘。相同条件下，对比未经过整理的和经过该嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂整理后的织物，透气透湿性能明显提高，同一温度下，透湿量增加20％-90％；同时，当环境温度低于21℃时，微胶囊中的烷烃固化，释放出热量；当环境温度高于26℃时，微胶囊中的烷烃液化，吸收热量，从而实现对面料表面温度地升降起到缓冲作用，形成人体舒适的微气候。即整理后的织物具有透气透湿和调温的复合功能。

实施例2

将可逆相组份月桂酸二丁基锡0.01g、聚己内酯二醇(分子质量3000)37.99g、2，4-甲苯二异氰酸酯9g、1，4-丁二醇3g加入500mL带有搅拌器、温度计和回流冷凝器的反应釜中，在温度70～80℃下反应3～4小时。然后降温至45～55℃，加入固定相组份1，4-丁二醇4g、三羟甲基丙烷3g、4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯35g及二羟基丁酸8g，控温50～60℃，反应3～4小时后，制得由可逆相和固定相组成的嵌段聚氨酯预聚体。

取嵌段聚氨酯预聚体18g与C₁₂-C₃₂直链烷烃80g在加热、快速搅拌的情况下加入到含有苯乙烯-马来酸酐共聚物和T-60复配乳化剂的水溶液中，继续搅拌，加入二羟甲基丁酸1g和三羟甲基丙烷1g，恒温搅拌2～3小时后，获得固含量25％左右的嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂乳液。

获得的嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂乳液，对织物进行两浸两轧整理后，织物取得了实施例1相同的功能。

实施例3

将辛酸亚锡0.03g、聚己二酸丁二醇酯(分子质量3000)54.97g、1，4′-苯二异氰酸酯5g、乙二醇3g、三羟甲基丙烷2g加入500mL带有搅拌器、温度计和回流冷凝管的反应瓶中，在温度70～80℃下反应3～4小时。然后降温至45～55℃，加入甲苯二异氰酸酯25g、1，4-丁二醇4g、二羟甲基丙酸4g、丙三醇2g，控温50～60℃，反应2～3小时后，制得由软段相和硬段相组成的嵌段聚氨酯预聚体。

取嵌段聚氨酯预聚体37g与C₁₂-C₃₂直链烷烃60g在加热、快速搅拌的情况下加入到含有苯乙烯-马来酸酐共聚物乳化剂的水溶液中，继续搅拌，加入二羟甲基丁酸1.5g和三羟甲基丙烷1.5g，恒温搅拌2～3小时后，获得固含量25％左右的嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂乳液。

获得的嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂乳液，对织物进行整理后，织物取得了实施例1同样的功能。

实施例1、2和3均为二步法制备嵌段聚氨酯预聚体，下面的实施例4为一步法制备嵌段聚氨酯预聚体。

实施例4

将58g聚四氢呋喃(分子质量4000，已干燥)，30g 4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、5g二羟甲基丙酸、5g乙二醇、2g丙三醇和少量的二甲基甲酰胺溶剂，依次投入装有回流冷凝管、温度计、搅拌机的四口圆底烧瓶，通入氮气保护，搅拌，恒温70～80℃反应3～4小时，制得嵌段聚氨酯预聚体。

取37g嵌段聚氨酯预聚体与60g C₁₂-C₃₂直链烷烃，在加热、快速搅拌的情况下加入到含有N-甲基-2-吡咯烷酮乳化剂的水溶液中，继续搅拌，加入2g二羟甲基丙酸和1g丙三醇，恒温搅拌2～3左右，获得固含量20％左右的嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂乳液。

获得的嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂乳液，对织物进行整理后，织物能够取得实施例1相似的功能。

Claims

1.一种嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于：步骤a)所制备的嵌段聚氨酯预聚体中，硬段相的质量百分含量为20％-50％，软段相的质量百分含量为80％-50％。

3.如权利要求1所述的嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于：作为微胶囊壁材的嵌段聚氨酯预聚体的可逆相主要由聚酯型或聚醚型聚合多元醇和脂肪族或芳香族二异氰酸酯以及短链脂肪族二元醇组成；固定相主要由芳香族二异氰酸酯和短链脂肪族二元醇或含羧基的短链脂肪族二元醇以及交联剂三羟基多元醇组成。

4.如权利要求3所述的嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于：所述聚酯型或聚醚型聚合多元醇为如下物质中的任意一种：聚己内酯二醇、聚己二酸丁二醇酯、聚己二酸己二醇酯、聚四氢呋喃、聚乙二醇。

5.如权利要求3所述的嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于：所述脂肪族或芳香族二异氰酸酯为如下物质中的任意一种：4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、1，4′-苯二异氰酸酯、异佛尔酮-二异氰酸酯、4，4′-二环己基甲烷二异氰酸酯。

6.如权利要求3所述的嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于：所述短链脂肪族二元醇、含羧基的短链脂肪族二元醇为如下物质中的任意一种：1，4-丁二醇、1，6-己二醇、乙二醇、二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸。

7.如权利要求1所述的嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于：所述相变材料为石蜡烃，其至少含有C₁₂-C₃₂的直链烷烃中的任意一种或几种的混合。

8.如权利要求1所述的嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于：步骤b)所制备的嵌段聚氨酯微胶囊中，囊壁占微胶囊总质量的20％-60％；囊芯占微胶囊总质量的80％-40％，且微胶囊的平均直径为2μm-8μm。

9.如权利要求1或3所述的嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于：所述扩链剂为小分子的二醇或二胺类，选自如下物质中的任意一种：乙二醇、1，4-丁二醇、乙二胺、己二胺；而所述交联剂为三羟基多元醇，选自如下各物质中的任意一种：丙三醇、三羟甲基丙烷、蓖麻油。

10.如权利要求1所述的嵌段聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于：所述乳化剂选自如下物质中的任意一种或者任意两种的复配：苯乙烯-马来酸酐共聚物、聚乙烯醇、N-甲基-2-吡咯烷酮、吐温系列乳化剂。