CN102535170A

CN102535170A - 接枝聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法

Info

Publication number: CN102535170A
Application number: CN 201010607447
Authority: CN
Inventors: 吕幼军; 吴青端; 王钟颖; 刘美; 臧娜; 吴磊; 刘伟
Original assignee: China National Academy Nanotechnology & Engineering
Current assignee: China National Academy Nanotechnology & Engineering
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-07-04

Abstract

一种接枝聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于制备由软段相和硬段相组成的接枝聚氨酯预聚体时，采用在固定软段相组成和含量不变的前提下，调节硬段相含量的方式，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；再经乳化工艺、扩链与交联工艺而制得成品。本发明的优越性：由于在制备接枝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，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，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。

Description

接枝聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法

(一)技术领域

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

(二)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有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或聚氨酯。此类织物的透气透湿功能仅仅是通过单纯覆盖功能膜的方式赋予，一旦经过多次穿用洗涤后，功能膜极易脱落，使得透气透湿功能织物的使用寿命受到了很大的限制；而通过后整理方法将功能材料与织物纤维紧密结合，则能有效地解决相应的问题，使得透气透湿织物的功能更加持久。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种接枝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各功能的此消彼涨现象的复合整理剂。

本发明采用的技术方案：一种接枝聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于制备由软段相和硬段相组成的接枝聚氨酯预聚体时，采用在固定软段组成和含量不变的前提下，调节硬段含量的方式，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；再经乳化工艺、扩链与交联工艺而制得成品；具体有如下步骤：

(1)将作为微胶囊壁材的接枝聚氨酯预聚体的软段相放入带有搅拌器、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；

(2)将反应釜及其内容物的温度降至45～55℃，向反应釜中加入作为微胶囊壁材的接枝聚氨酯预聚体的硬段相，将反应釜及其内容物的温度控制在50～60℃，反应3～4小时后，制得由软段相和硬段相组成的接枝聚氨酯预聚体；其中，以固体含量为基准计，硬段相占接枝聚氨酯预聚体的质量百分含量为20％-50％，软段相占接枝聚氨酯预聚体的质量百分含量为80％-50％；

(3)将接枝聚氨酯预聚体与相变材料加入到含3-30％乳化剂的水溶液中，保持体系温度40-80摄氏度，搅拌形成水包油的乳浊液；

(4)在继续搅拌的条件下，当乳浊液体系乳化到微胶囊粒径平均为2μm-8μm时，加入扩链剂和交联剂，恒温搅拌2～3小时后，制得以接枝聚氨酯为微胶囊壁材、相变材料为微胶囊芯材的接枝聚氨酯微胶囊复合整理剂乳液；其中壁材占微胶囊总质量的20％-60％，芯材占微胶囊总质量的80％-40％。

上述所说的步骤(1)中的软段相可以实行干燥氮气保护。

上述所说的步骤(1)中的作为微胶囊壁材的接枝聚氨酯预聚体的软段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。

上述所说的步骤(2)中的硬段相主要由芳香族二异氰酸酯和短链脂肪族二元醇组成。

上述所说的聚酯型或聚醚型聚合多元醇为如下物质中的一种：即聚集内酯二醇、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。

上述所说的脂肪族或芳香族二异氰酸酯为如下物质中的一种：即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、异氟尔酮-二异氰酸酯、4，4′-二环己基甲烷二异氰酸酯。

上述所说的短链脂肪族二元醇为如下物质中的一种：即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。

上述步骤(3)中所说的相变材料采用石蜡烃，其含有C₁₂-C₁₃的直链烷烃中的至少一种的等比例组合；所说的乳化剂选取如下物质中的一种或者两种的等比例组合：即苯乙烯-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取T-60或T-80。

上述步骤(4)中所说的扩链剂为小分子的二醇或二胺类，可选取如下物质中的一种：即乙二醇、1，4-丁二醇、乙二胺、己二胺；所说的交联剂为三羟基多元醇，可选取如下物质中的一种：即丙三醇、三羟甲基丙烷、蓖麻油。

本发明的工作原理：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)组成的接枝聚氨酯，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，将此接枝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，接枝聚氨酯疏水的分子链朝向相变材料，形成内层囊壁，接枝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，即可制得接枝聚氨酯包覆相变材料的微胶囊复合整理剂乳液。

接枝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)。使用此接枝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，包覆在微胶囊里德芯材-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。

本发明的有益效果是：由于本发明的方法在于制备接枝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接枝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，包覆在微胶囊里德芯材-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。

(四)具体实施方式

实施例1：

(1)将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、75℃反应温度、搅拌反应3小时，获得具有软段相结构的聚氨酯预聚体；

(2)将温度降为50℃，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℃反应温度、搅拌继续反应4小时左右，获得包含软段相和硬段相的具有接枝结构的聚氨酯预聚体。

(3)取55g的接枝聚氨酯预聚体与40g的C₁₂-C₁₃的直链烷烃，在保持体系温度55℃、快速搅拌的条件下加入到含有4％苯乙烯-马来酸酐共聚物和T-80复配乳化剂的水溶液中，继续搅拌形成水包油的乳浊液体系，乳化到微胶囊粒径合乎要求——平均粒径为2μm-8μm

(4)保持搅拌条件下加入3g的二羟甲基丙酸和2g的丙三醇，保持之前体系温度不变，继续搅拌2.5小时，生成的聚合物不断沉淀在直链烷烃的表面，形成微胶囊的囊壁，即获得固含量为30％的接枝聚氨酯为囊壁包覆烷烃的接枝聚氨酯微胶囊复合整理乳液。

实施例2：

(1)将聚己二酸丁二醇酯(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的软段相组分在干燥氮气保护，在温度80℃下反应3小时，获得具有软段相结构的聚氨酯预聚体；

(2)将温度降为48℃，加入甲苯二异氰酸酯2g、1，4-丁二醇4g、二羟甲基丙酸4g、丙三醇交联剂2g的硬段相组份，控温58℃，反应3.5小时后，制得由软段相和硬段相组成的接枝聚氨酯预聚体。

(3)取接枝聚氨酯预聚体37g与C₁₂-C₁₃的直链烷烃60g搅拌的情况下加入到含有10％苯乙烯-马来酸酐共聚物乳化剂的水溶液中，继续搅拌形成水包油的乳浊液体系，乳化到微胶囊粒径合乎要求——平均粒径为2μm-8μm

(4)保持搅拌条件，加入二羟甲基丁酸1.5g和三羟甲基丙烷1.5g，恒温搅拌3小时，生成的聚合物不断沉淀在直链烷烃的表面，形成微胶囊的囊壁，即获得固含量为30％的接枝聚氨酯为囊壁包覆烷烃的接枝聚氨酯微胶囊复合整理乳液。

实施例3：

(1)将聚己内酯二醇(分子质量3000)37.99g、2，4-甲苯二异氰酸酯9g和1，4-丁二醇3g的软段相组分在干燥氮气保护，在温度76℃下反应3.6小时，获得具有软段相结构的聚氨酯预聚体；

(2)降温至52℃，加入1，4-丁二醇4g、4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯35g、二羟基丁酸8g、交联剂三羟甲基丙烷3g的硬段相组份，控温55℃，反应3小时后，制得由可逆相和固定相组成的接枝聚氨酯预聚体。

(3)取接枝聚氨酯预聚体18g与C₁₂-C₁₃的直链烷烃80g在加热、加速搅拌的情况下加入到含有7％苯乙烯-马来酸酐共聚物和T-60复配乳化剂的水溶液中，继续搅拌形成水包油的乳浊液体系，乳化到微胶囊粒径合乎要求——平均粒径为2μm-8μm

(4)保持搅拌条件，加入二羟甲基丁酸1g和三羟甲基丙烷1g，恒温搅拌2.7小时后，获得固含量25％左右的为囊壁包覆烷烃的接枝聚氨酯微胶囊复合整理乳液。

Claims

1.一种接枝聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于制备由软段相和硬段相组成的接枝聚氨酯预聚体时，采用在固定软段相组成和含量不变的前提下，调节硬段相含量的方式，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；再经乳化工艺、扩链与交联工艺而制得成品；具体有如下步骤：

(3)将接枝聚氨酯预聚体与相变材料在保持体系温度40-80摄氏度，快速搅拌的条件下加入到含3-30％乳化剂的水溶液中，继续搅拌3～4小时形成水包油的乳浊液，使得乳浊液体系乳化到微胶囊粒径平均为2μm-8μm；

(4)在继续搅拌的条件下，加入扩链剂和交联剂，保持之前体系温度不变，搅拌2～3小时后，制得以接枝聚氨酯为微胶囊壁材、相变材料为微胶囊芯材的接枝聚氨酯微胶囊复合整理剂乳液；其中壁材占微胶囊总质量的20％-60％，芯材占微胶囊总质量的80％-40％。

2.根据权利要求1所说的一种接枝聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于所说的步骤(1)中的软段相可以实行干燥氮气保护。

3.根据权利要求1所说的一种接枝聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于所说的步骤(1)中的作为微胶囊壁材的接枝聚氨酯预聚体的软段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。

4.根据权利要求1所说的一种接枝聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于所说的步骤(2)中的硬段相主要由芳香族二异氰酸酯和短链脂肪族二元醇组成。

5.根据权利要求3所说的一种接枝聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于所说的聚酯型或聚醚型聚合多元醇为如下物质中的一种：即聚集内酯二醇、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。

6.根据权利要求3或4所说的一种接枝聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于所说的脂肪族或芳香族二异氰酸酯为如下物质中的一种：即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、异氟尔酮-二异氰酸酯、4，4′-二环己基甲烷二异氰酸酯。

7.根据权利要求3或4所说的一种接枝聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于所说的短链脂肪族二元醇为如下物质中的一种：即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。

8.根据权利要求1所说的一种接枝聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于步骤(4)中所说的相变材料采用石蜡烃，其含有C₁₂-C₁₃的直链烷烃中的至少一种的等比例组合；所说的乳化剂选取如下物质中的一种或者两种的等比例组合：即苯乙烯-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取T-60或T-80。

9.根据权利要求1所说的一种接枝聚氨酯微胶囊复合整理剂的制备方法，其特征在于步骤(4)中所说的扩链剂为小分子的二醇或二胺类，可选取如下物质中的一种：即乙二醇、1，4-丁二醇、乙二胺、己二胺；所说的交联剂为三羟基多元醇，可选取如下物质中的一种：即丙三醇、三羟甲基丙烷、蓖麻油。