CN107299529B - 一种基于点击化学的棉织物耐久性抗皱整理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于点击化学的棉织物耐久性抗皱整理方法，将粗化后的棉织物置于3‑巯丙基三乙氧基硅烷溶液中进行巯基改性，得巯基改性棉织物；将光固化水性聚氨酯丙烯酸酯、巯基硅烷和光引发剂超声混合，得整理液；将巯基改性棉织物浸渍于整理液中，紫外固化，得耐久性抗皱棉织物。本发明的方法操作简单，效率高，节能环保，整理后抗皱效果明显，耐久性好，对织物的白度影响较小。棉织物经该抗皱工艺整理后可提高其服用性能，扩大应用领域，满足人们对服装保持平整外观、穿着舒适等要求。

Description

一种基于点击化学的棉织物耐久性抗皱整理方法
技术领域
本发明属于棉织物功能性整理方法领域，特别涉及一种基于点击化学的棉织物耐久性抗皱整理方法。
背景技术
棉纤维制品因其柔软、透气、吸湿、穿着舒适等优点，是最受欢迎的面料之一。而且随着人们回归自然意识的增强，天然纤维织物重新受到人们的青睐，但是由于棉纤维分子上存在大量的羟基，当受到外力时，纤维素大分子或基本结构单元取向度提高或发生相对位移后，能在新的位置上重新形成新的氢键。如果新的氢键达到足够稳定时，蠕变恢复速度较小，就会出现永久的形变，即形成折皱。所以，赋予棉织物抗皱性对提高其实用价值具有重要作用。
20世纪20年代，树脂首次被引入到棉织物中来实现抗皱的目的。树脂防缩抗皱整理经历了防缩抗皱整理、免烫整理、耐久压烫整理三个阶段。最初棉织物的树脂整理剂主要有脲醛树脂、二羟甲基二羟基乙烯尿树脂(DMDHEU)和2D改性树脂。脲醛树脂干燥时会释放过量的游离甲醛，有毒性，整理的织物拉伸强度受损，并且树脂耐洗性及储存稳定性差且有氯损。DMDHEU防皱整理对织物强力损失过大。此外，由于释放致癌物质游离甲醛限制了其在工业上的广泛应用。采用2D改性树脂对棉织物免烫整理产品的折皱回复角可以达到280°，但布面仍具有一定含量的游离甲醛。理想的抗皱整理剂及工艺应该满足以下条件：无毒，不引起皮肤过敏或不适；实用效果明显；整理工艺节能、环保，能与常规加工工艺相容；整理后的产品具有耐久性并保留织物所需要的服用性能。
常用于抗皱整理的低甲醛(无甲醛)抗皱树脂整理剂有环氧树脂整理剂、聚氨酯整理剂等。用于织物抗皱整理的聚氨酯整理剂一般是反应性的水性聚氨酯。反应性水系聚氨酯主要依靠高活性的异氰酸酯基与纤维表面羟基反应交联，形成网状结构。由于聚氨酯可同两个或多个纤维素分子进行反应形成交联键，这些交联键可成为纤维素分子结构的骨架，起到支撑和固定的作用，从而提高织物的挺括性，降低易皱性。由于是化学键合，处理后的织物耐洗性、柔韧性等良好，但游离的异氰酸酯基不稳定，易与含活泼氢的化合物(如水分子)迅速反应，为此常采用亚硫酸氢钠、甲乙酮肟等封端，受热解封后再与织物的羟基反应，但体系稳定性较差、耗能而且会对织物的白度有一定的影响。本发明选取以丙烯酸酯单体作为封端剂制备的光固化水性聚氨酯丙烯酸酯稳定性较好，稳定体系的同时引入双键，采用光固化的方式节能环保。
目前，棉织物的耐久性抗皱整理研究还比较欠缺。树脂对棉织物抗皱整理的研究中，理论主要有以下两种：
①树脂沉积理论。经树脂整理后，树脂沉积在纤维的无定形区。沉积的树脂通过物理机械作业改变纤维素纤维大分子或基本结构单元的相对移动性能。
②树脂交联理论。树脂整理剂可以在纤维素大分子或基本结构单元间生成共价交联。共价交联的产生可以使纤维在形变过程中因氢键拆散而导致的蠕变或永久形变减少。
点击化学的实质是选用易得原料，通过可靠、高效而又具选择性的化学反应来实现高效、快速地合成化合物的方法。将点击化学运用到棉织物抗皱整理上，利用光固化水性聚氨酯丙烯酸酯树脂与巯基改性棉织物反应交联制得耐久性抗皱棉织物。基于点击化学的棉织物耐久性抗皱整理工艺赋予织物耐久性抗皱性能的同时采用光固化水性树脂，工艺环保、节能、高效，可大大减少对人体的危害，提高其服用性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于点击化学的棉织物耐久性抗皱整理方法，本发明方法简单易行，赋予棉织物良好抗皱性的同时工艺环保、节能、高效，不会对人体和环境造成危害。本发明的方法操作简单，效率高，节能环保，整理后抗皱效果明显，耐久性好，对织物的白度影响较小。棉织物经该抗皱工艺整理后可提高其服用性能，扩大应用领域，满足人们对服装保持平整外观、穿着舒适等要求。
本发明的一种基于点击化学的棉织物耐久性抗皱整理方法，包括：
(1)对棉织物进行粗化，然后置于3-巯丙基三乙氧基硅烷KH-580溶液中震荡，清洗，烘干，得巯基改性棉织物；
(2)将光固化水性聚氨酯丙烯酸酯WPUA、3-巯丙基三乙氧基硅烷、光引发剂进行超声共混，得到整理液；
(3)将巯基改性棉织物浸渍在整理液中，紫外光照反应，清洗，烘干，得到耐久性抗皱棉织物。
所述步骤(1)中棉织物为纯棉、涤棉、棉麻混纺织物中的一种。
所述步骤(1)中粗化具体为：20～50g/L氢氧化钠，5～10g/L烷基聚氧乙烯醚(平平加O)，温度60～90℃，时间0.5h～1h。
所述步骤(1)中3-巯丙基三乙氧基硅烷KH-580溶液的溶剂为乙酸乙酯，KH-580溶液的质量百分浓度为1～5wt％。
所述步骤(1)中震荡为20-40℃下，震荡3-5h。
所述步骤(2)中光固化水性聚氨酯丙烯酸酯为丙烯酸-2-羟乙酯HEA、丙烯酸羟基丙酯HPA、甲基丙烯酸羟乙酯HEMA、甲基丙烯酸羟丙酯HPMA、季戊四醇三丙烯酸酯PETA、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯TMPTA封端的光固化水性聚氨酯丙烯酸酯。
所述步骤(2)中整理液中光固化水性聚氨酯丙烯酸酯的浓度为5-15wt％，3-巯丙基三乙氧基硅烷的浓度为1-5wt％，光引发剂的浓度为0.5-1wt％。
所述步骤(2)中光引发剂为2,2-二羟甲基丙酸。
步骤(3)中浴比为1:50。
所述步骤(3)中紫外光照反应为：功率300-800W，灯距5-20cm，室温光照1-2h。
本发明将棉织物进行粗化，目的是为了去除棉织物表面杂质。本发明首先将棉和3-巯丙基三乙氧基硅烷进行缩合反应，得巯基改性棉织物。3-巯丙基三乙氧基硅烷属于硅烷偶联剂，可以利用其一端的乙氧基通过缩合反应和纤维表面的羟基反应从而形成接枝，使纤维表面带有一定量的巯基(机理如图1所示)。本发明将带巯基的棉织物与水性聚氨酯丙烯酸酯通过点击化学形成牢固的化学键，可使棉织物获得抗皱性能(机理如图2所示)。
本发明采用紫外光照射，环保节能。由于水性聚氨酯丙烯酸酯无毒环保，并且能与织物形成稳定的化学键，抗皱性能持久，因此这一解决方案有良好的发展前景。本发明所制备的抗皱棉织物具有耐久性的抗皱效果，对白度影响较小，同时该方法具有操作简单，工艺环保、节能、高效，可大大减少对人体的危害，提高其服用性能。
有益效果
(1)本发明将带巯基的棉织物与水性聚氨酯丙烯酸酯通过点击化学形成牢固的化学键，可使棉织物获得抗皱性能；
(2)本发明所制备的抗皱棉织物具有耐久性的抗皱效果，对白度影响较小；
(3)本发明方法具有操作简单，工艺环保、节能、高效，可大大提高棉织物服用性能。
附图说明
图1为3-巯丙基三乙氧基硅烷与棉织物羟基间缩合反应机理示意图；
图2为光固化水性聚氨酯丙烯酸酯与纤维上的巯基通过点击化学发生反应机理示意图；
图3为实施例棉织物表面扫描电镜图；其中，a为原样；b为巯基改性样；c为KH-580/WPUA处理样(实例1)，d为KH-580/WPUA处理样(实例2)，e为KH-580/WPUA处理样(实例3)。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例中，使用了克重为220g/m2的斜纹棉织物，KH-580、DMPA均购自于Sigma-Aldrich公司，水性聚氨酯购自于南京嘉中化工科技有限公司。其他的试剂均是分析纯，在使用过程中无需进一步提纯。
实施例1
采用3-巯丙基三乙氧基硅烷KH-580对棉织物进行改性处理，并与水性光固化聚氨酯丙烯酸酯反应，使棉具有良好的抗皱功能，其具体步骤为：
(1)前处理：
①配制20g/L的氢氧化钠，5g/L的平平加O混合溶液，70℃对棉织物进行粗化45min；
②配制5wt％的3-巯丙基三乙氧基硅烷(KH-580)的乙酸乙酯溶液，将粗化后的棉织物投入上述溶液中，30℃震荡处理3小时；
③取出棉织物，蒸馏水清洗，60℃真空烘干。
(2)后整理：
①制备浓度为5wt％的水性聚氨酯丙烯酸酯和5wt％的3-巯丙基三乙氧基硅烷的混合液，超声震荡，再加入1wt％的光引发剂，超声震荡；
②将棉织物平整置于上述整理液，浴比1:50，在功率为500W紫外光冷光源(灯距10cm)光照1h；翻面，再次光照1h；水洗，60℃烘干即得到具有抗皱功能的棉织物。
实施例2
采用3-巯丙基三乙氧基硅烷KH-580对棉织物进行改性处理，并与水性光固化聚氨酯丙烯酸酯反应，使棉具有良好的抗皱功能，其具体步骤为：
(1)前处理：
①配制20g/L的氢氧化钠水溶液，5g/L的平平加O，70℃对棉织物进行粗化45min；
②配制5wt％的3-巯丙基三乙氧基硅烷(KH-580)的乙酸乙酯溶液，将粗化后的棉织物投入上述溶液中，30℃震荡处理3小时；
③取出棉织物，在蒸馏水中充分洗净，60℃真空烘干。
(2)后整理：
①制备浓度为10wt％的水性聚氨酯丙烯酸酯和5wt％的3-巯丙基三乙氧基硅烷的混合液，充分超声震荡，随后加入1wt％的光引发剂，超声震荡；
②将棉织物平整置于上述整理液，浴比1:50，在功率为500W紫外光冷光源(灯距10cm)光照1h；翻面，再次光照1h；水洗，60℃烘干即得到具有抗皱功能的棉织物。
实施例3
采用3-巯丙基三乙氧基硅烷KH-580对棉织物进行改性处理，并与水性光固化聚氨酯丙烯酸酯反应，使棉具有良好的抗皱功能，其具体步骤为：
(1)前处理：
①配制20g/L的氢氧化钠水溶液，5g/L的平平加O，70℃对棉织物进行粗化45min；
②配制5wt％的3-巯丙基三乙氧基硅烷(KH-580)的乙酸乙酯溶液，将粗化后的棉织物投入上述溶液中，30℃震荡处理3小时；
③取出棉织物，在蒸馏水中充分洗净，60℃真空烘干。
(2)后整理：
①制备浓度为15wt％的水性聚氨酯丙烯酸酯和5wt％的3-巯丙基三乙氧基硅烷的混合液，充分超声震荡，随后加入1wt％的光引发剂，超声震荡；
②将棉织物平整置于上述整理液，浴比1:50，在功率为500W紫外光冷光源(灯距10cm)光照1h；翻面，再次光照1h；水洗，60℃烘干即得到具有抗皱功能的棉织物。
根据GB/T 3819-1997《纺织品织物折痕回复性的测定回复角法》对棉织物原样、巯基改性样、KH-580/WPUA整理样和水洗样进行测试，通过比较原样和整理样的折皱回复角，从而评定抗皱效果。试验采用克重为220g/m2的斜纹棉织物进行抗皱整理，具体测试结果如下：
将原样、巯基改性样、KH-580/WPUA处理样1(实例1)、KH-580/WPUA处理样2(实例2)、KH-580/WPUA处理样3(实例3)进行扫描电镜观察，得到SEM对照谱图如图3所示。通过扫描电镜发现未经处理的棉织物具有天然卷曲结构，而经过处理的棉织物表面变得光滑，这可能是由于与水性聚氨酯丙烯酸酯交联而在纤维的表面形成一层厚度较为均匀的树脂薄膜，进而使得棉织物具有一定的抗皱性能。
最后，对棉织物抗皱整理的效果和相关性能也进行了评估，如表1所示。根据GB/T3819-1997标准，经过抗皱回复角可到204.0°，与原样相比较，抗皱效果改善明显。经过5次循环水洗后，折皱回复角可达到193.3°，说明抗皱处理的棉织物有较好的耐久性。
表1抗皱棉织物整理前后性能测试

Claims (10)

1.一种基于点击化学的棉织物耐久性抗皱整理方法，包括：
(1)对棉织物进行粗化，然后置于3-巯丙基三乙氧基硅烷KH-580溶液中震荡，清洗，烘干，得巯基改性棉织物；
(2)将光固化水性聚氨酯丙烯酸酯WPUA、3-巯丙基三乙氧基硅烷、光引发剂进行超声共混，得到整理液；
(3)将巯基改性棉织物浸渍在整理液中，紫外光照反应，清洗，烘干，得到耐久性抗皱棉织物。
2.根据权利要求1所述的一种基于点击化学的棉织物耐久性抗皱整理方法，其特征在于：所述步骤(1)中棉织物为纯棉、涤棉、棉麻混纺织物中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种基于点击化学的棉织物耐久性抗皱整理方法，其特征在于：所述步骤(1)中粗化具体为：20～50g/L氢氧化钠，5～10g/L烷基聚氧乙烯醚平平加O，温度60～90℃，时间0.5h～1h。
4.根据权利要求1所述的一种基于点击化学的棉织物耐久性抗皱整理方法，其特征在于：所述步骤(1)中3-巯丙基三乙氧基硅烷KH-580溶液的溶剂为乙酸乙酯，KH-580溶液的质量百分浓度为1～5wt％。
5.根据权利要求1所述的一种基于点击化学的棉织物耐久性抗皱整理方法，其特征在于：所述步骤(1)中震荡为20-40℃下，震荡3-5h。
6.根据权利要求1所述的一种基于点击化学的棉织物耐久性抗皱整理方法，其特征在于：所述步骤(2)中光固化水性聚氨酯丙烯酸酯为丙烯酸-2-羟乙酯HEA、丙烯酸羟基丙酯HPA、甲基丙烯酸羟乙酯HEMA、甲基丙烯酸羟丙酯HPMA、季戊四醇三丙烯酸酯PETA、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯TMPTA封端的光固化水性聚氨酯丙烯酸酯。
7.根据权利要求1所述的一种基于点击化学的棉织物耐久性抗皱整理方法，其特征在于：所述步骤(2)中整理液中光固化水性聚氨酯丙烯酸酯的浓度为5-15wt％，3-巯丙基三乙氧基硅烷的浓度为1-5wt％，光引发剂的浓度为0.5-1wt％。
8.根据权利要求1所述的一种基于点击化学的棉织物耐久性抗皱整理方法，其特征在于：所述步骤(2)中光引发剂为2,2-二羟甲基丙酸。
9.根据权利要求1所述的一种基于点击化学的棉织物耐久性抗皱整理方法，其特征在于：步骤(3)中浴比为1:50。
10.根据权利要求1所述的一种基于点击化学的棉织物耐久性抗皱整理方法，其特征在于：所述步骤(3)中紫外光照反应为：功率300-800W，灯距5-20cm，室温光照1-2h。
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