CN110922563A - 一种泳衣印花用水性聚氨酯胶浆乳液及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种泳衣印花用水性聚氨酯胶浆乳液及制备方法，由异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、聚己二酸乙二醇丁二醇酯二醇、聚ε‑己内酯二醇、聚四亚甲基醚二、二乙基戊二醇、二羟甲基丙酸、三乙胺、去离子水、水合肼，经预聚、中和、乳化、扩链反应制得，该胶浆乳液适用于弹性涤纶或莱卡泳衣面料，具有手感柔软、干爽、高弹性、高牢度、耐磨性优异、环保、生产成本低的特点。

Description

一种泳衣印花用水性聚氨酯胶浆乳液及制备方法
技术领域
本发明涉及的是印花用水性聚氨酯胶浆乳液及制备方法，特别是涉及一种用于弹性涤纶或莱卡(泳衣)面料印花用，具有手感柔软、干爽、高弹性、高牢度、耐磨性优异、环保、生产成本低的水性聚氨酯胶浆乳液及制备方法。
背景技术
目前市场上泳衣印花浆多数以丙烯酸酯乳液作为胶浆乳液或用油性有机硅橡胶直接进行印花。丙烯酸酯乳液成膜具有热粘冷脆及弹性差等缺点，油性有机硅橡胶不环保、价格高。
目前应用水性聚氨酯乳液作为泳衣面料印花胶浆乳液的技术未见有公开。
专利CN107868198A公开了一种“纺织品印花用水性聚氨酯胶浆乳液及其制备方法”。通过异佛尔酮二异氰酸酯 、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、聚三亚甲基醚二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇、聚环氧乙烷二醇、2,2,4-三甲基-1,3戊二醇、二羟甲基丁酸、三乙胺、水合肼、去离子水，应用预聚体法制备一种应用于高防水布、尼龙、雨伞布面料、柔软且高牢度的水性聚氨酯胶浆乳液。但是该发明是应用于高防水布、尼龙、雨伞布面料，且固含量较低。而泳衣面料为弹性涤纶或莱卡，对水性聚氨酯胶浆乳液与面料的结合牢度要求更高，且对高温水洗牢度有严格的要求，其并没有说明是否可以应用于弹性涤纶或莱卡（泳衣）面料，也没有应用于弹性涤纶或莱卡（泳衣）面料的性能检测指标，所以不能表明其适用于泳衣面料印花用胶浆乳液。
专利CN104975521A公开了一种“尼龙面料用水性聚氨酯胶浆乳液及制备方法”。通过氢化二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、聚四亚甲基二醇、聚碳酸酯二醇、聚乙二醇 、丙酮、扩链剂、小分子扩链剂、去离子水，应用丙酮法制备一种应用于30D尼龙面料的水性聚氨酯胶浆乳液，该发明应用于尼龙面料印花具有柔软、干爽的手感，优秀的干湿膜及耐洗牢度，优异的耐寒性。但是该发明仅应用于尼龙面料，不适用于弹性涤纶或莱卡面料，也没有应用于弹性涤纶或莱卡面料的性能检测指标。
发明内容
本发明目的是提供一种泳衣印花用水性聚氨酯胶浆乳液制备方法，该胶浆乳液适用于弹性涤纶或莱卡泳衣面料，具有手感柔软、干爽、高弹性、高牢度、耐磨性优异、环保、生产成本低的特点。
本发明一种泳衣印花用水性聚氨酯胶浆乳液
原料按重量配比：
异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI） 30-50
六亚甲基二异氰酸酯（HDI） 15-25
聚己二酸乙二醇丁二醇酯二醇（分子量2000） 30-50
NPG聚ε-己内酯二醇（分子量1000） 20-30
聚四亚甲基醚二醇（分子量2000） 40-50
二乙基戊二醇 5-8
二羟甲基丙酸 8-10
三乙胺 6-7.5
水合肼 4-6
去离子水 210-250
经预聚反应、中和反应、乳化反应、扩链反应制成；
产品化学指标如下：
外观：透明至半透明乳液
离子性：阴
pH值：7±1
固含量：（40±1）%。
本发明一种泳衣印花用水性聚氨酯胶浆乳液制备方法
原料按重量配比
(1)预聚反应：将异佛尔酮二异氰酸酯30-50、六亚甲基二异氰酸酯15-25、分子量为2000的聚己二酸乙二醇丁二醇酯二醇30-50、分子量为1000的NPG聚ε-己内酯二醇20-30、分子量为2000的聚四亚甲基醚二醇40-50加入反应釜中，升温至75-90℃，反应2-2.5小时，然后加入二乙基戊二醇5-8、二羟甲基丙酸8-10反应1.5-2小时；
(2)中和反应：降温至45-55℃，加入三乙胺6-7.5，反应30-40分钟；
(3)乳化反应：加入去离子水210-250，搅拌10-20分钟至预聚体完全溶解；
(4)扩链反应：加入水合肼4-6，反应2-2.5小时，得泳衣印花用水性聚氨酯胶浆乳液；
产品化学指标如下：
外观：透明至半透明乳液
离子性：阴
pH值：7±1
固含量：40±1%。
本发明纺织品印花用水性聚氨酯胶浆乳液制备方法生产工艺简单易行，成膜手感柔软、干爽、具有高弹性、高牢度、高耐磨性、环保、生产成本低的特点，应用范围广，可以复配润湿剂、流平剂、增稠剂等助剂制成泳衣印花用水性聚氨酯胶浆，达到手感柔软的同时具有高印花牢度、高弹性、高耐磨性、等特点。
本发明选用异佛尔酮二异氰酸酯具有环状结构，其环状结构上有侧甲基基团，具有位阻效应，可使分子间结合产生空隙，能够改善产品的成膜厚度以及乳液配制成胶浆后的蓬松感；且异佛尔酮二异氰酸酯的异氰酸酯基团是异构结构，可以自由旋转，能够增强产品柔韧性。
本发明选用异佛尔酮二异氰酸酯具有顺式和反式不对称结构，此结构能够增加分子间斥力并形成空间位阻，使聚氨酯形成交联网状结构，能够增加产品成膜刚性，赋予产品优良的弹性、干爽度及牢度；
本发明选用六亚甲基二异氰酸酯是长直链结构原料，具有超高柔软度，能够减轻异佛尔酮二异氰酸酯中环状结构过强的刚性，二者同时使用，能够有效改善产品的柔软度且赋予产品良好的弹性。
本发明选用异佛尔酮二异氰酸酯及六亚甲基二异氰酸酯中，两种原料中异氰酸酯基团反应活性不同，反应速度相差10倍左右，能够使产品的反应过程更加平稳，在大分子中交错反应，防止其低温凝聚，增加产品成膜柔顺性，二者选用合适比例搭配，能够达到柔软、有弹性且具有高牢度的特点。
本发明原料选用聚四亚甲基醚二醇具有偶碳结构，具有较低的玻璃化温度，分子量相对较大能够增加分子链段长度，使分子量成线性增长，增加柔顺性，使其在低温环境下，分子链能够自由旋转从而使聚氨酯保持较好的柔软度，并且聚四亚甲基醚二醇中的醚键为聚氨酯的制备提供优异的耐水解性。
本发明选用分子量为2000的聚四亚甲基醚二醇作为聚氨酯的软段，若选用小分子量聚四亚甲基醚二醇，虽然其与多异氰酸酯反应活性较高，但是小分子聚醚由于链段长度太短，分子链自由旋转空间下降，会使乳液柔软度大幅降低，成膜硬度增加；若选用分子量为3000或3000以上的聚四亚甲基醚二醇，虽然分子量变大会增加乳液柔软度及伸长率，但是若使用大分子量聚四亚甲基醚二醇会导致聚醚二醇与多异氰酸酯反应活性降低、相容性降低，进而导致乳液状态不稳定。
本发明原料选用聚己二酸乙二醇丁二醇酯二醇内含有较多的酯基等极性基团，具有优良的力学性能，能够赋予聚氨酯成膜蓬厚、高牢度、弹性、耐磨性等优秀性能。
本发明选用NPG聚ε-己内酯二醇是由ε-己内酯和新戊二醇（NPG）在催化剂存在下开环聚合而成，结构类似聚酯但是酯基之间碳原子数比己二酸类聚酯多，因此具有很高的反应活性，克服了聚ε-己内酯难以与多异氰酸酯反应的缺点，能够赋予聚氨酯较强的耐水解性、弹性及耐磨性，且由于其分子链长度较大，低温环境下，链段可以自由旋转，使聚氨酯具有良好的低温柔韧性。
本发明原料选用聚己二酸系二醇及NPG聚ε-己内酯二醇两种聚酯多元醇为聚氨酯提供高牢度、耐水解性、弹性及耐磨性等优良特性，同类聚酯二醇中，聚碳酸酯二醇虽然也能提供优异的耐磨性、牢度等性能，但是聚碳酸酯二醇由于其结构中含有多个碳酸酯基，导致使用聚碳酸酯二醇制备的水性聚氨酯成膜刚性过强，膜残余应力太大进而造成制备的水性聚氨酯成膜后易开裂的不稳定特性；在生产过程中，由于聚碳酸酯二醇熔融粘度大、流动性差且价格偏高，会大幅增加生产难度及生产成本。
本发明经过大量实验，严格控制聚酯多元醇与聚醚多元醇比例为2.0左右，聚酯多元醇提供优异的弹性、耐磨性、牢度、耐水解性等功能特点，聚醚多元醇为聚氨酯提供良好的柔软性；若聚酯多元醇用量过大，聚氨酯成膜刚性太强，手感僵硬，弹性变差；若聚醚多元醇用量过大，聚氨酯成膜柔软度过大，刚性下降，会导致聚氨酯柔韧性降低，进而降低成膜弹性、耐磨性等优点。
本发明选用聚四亚甲基醚二醇、聚己二酸乙二醇丁二醇酯二醇及NPG聚ε-己内酯二醇三种多元醇共同作为聚氨酯的软段，四亚甲基醚二醇提供柔软性、聚己二酸乙二醇丁二醇酯二醇及NPG聚ε-己内酯二醇提供刚性，三者通过异佛尔酮二异氰酸酯及六亚甲基二异氰酸酯相连，提高了聚氨酯分子间斥力，增加了分子的旋转空间从而提高了聚氨酯乳液的渗透性以及成膜蓬厚度，增加了聚氨酯乳液与基材的粘接牢度。
本发明扩链剂选用二乙基戊二醇，其具有对称的分子结构，侧链含有两个乙基，能够增加分子间斥力，增加空间位阻，提高聚氨酯耐溶剂能力的同时，降低乳液粘度，使乳化过程更加容易控制；主链含有两个伯羟基，能有效改善聚氨酯亲水性，使制得的水性聚氨酯乳液渗透性更好，成膜更加连续均匀，增加了与基材得结合牢度。
本发明扩链剂选用二羟甲基丙酸，其含有亲水基团羧基和两个伯羟基，能够有效改善聚氨酯亲水性能；与二乙基戊二醇配合使用扩链，阴离子亲水基团与非离子亲水基团协同作用，能有效提高成膜渗透性，进而提高聚氨酯乳液与基材的结合牢度。
本发明经过大量对比实验及重复性实验，将异氰酸酯与羟基比例控制在1.7左右；若多异氰酸酯比例太大，由于它和小分子扩链剂组成聚氨酯硬段，比例太大会形成难以舒展的刚性键，虽然耐磨性、抗粘连性增强，但是会导致手感变硬、弹性下降；若多异氰酸酯比例太小，大分子聚酯多元醇、聚醚多元醇等软段比例过大，会导致聚氨酯成膜牢度降低、耐磨性、干爽度等性能降低。
本发明具有生产工艺简单、生产成本低，制得的水性聚氨酯乳液环保、无污染。
具体实施方式
实施例1
原料按重量配比
（1）预聚反应：将异佛尔酮二异氰酸酯30、六亚甲基二异氰酸酯25、聚己二酸乙二醇丁二醇酯二醇30、NPG聚ε-己内酯二醇25、聚四亚甲基醚二醇50加入反应釜中，升温至75-90℃，反应2-2.5小时，然后加入二乙基戊二醇7、二羟甲基丙酸8反应1.5-2小时；
（2）中和反应：降温至45-55℃，加入三乙胺6，反应30-40分钟；
（3）乳化反应：加入去离子水210，搅拌10-20分钟至预聚体完全溶解；
（4）扩链反应：加入水合肼5.8，反应2-2.5小时，得泳衣印花用水性聚氨酯胶浆乳液。
该实施例原料组分聚四亚甲基醚二醇及六亚甲基二异氰酸酯用量较多，产品柔软手感、弹性好的特点更加突出。
实施例2
原料按重量配比
（1）预聚反应：将异佛尔酮二异氰酸酯35、六亚甲基二异氰酸酯22.5、聚己二酸乙二醇丁二醇酯二醇35、NPG聚ε-己内酯二醇30、聚四亚甲基醚二醇40加入反应釜中，升温至75-90℃，反应2-2.5小时，然后加入二乙基戊二醇5、二羟甲基丙酸10反应1.5-2小时；
（2）中和反应：降温至45-55℃，加入三乙胺7.5，反应30-40分钟；
（3）乳化反应：加入去离子水210，搅拌10-20分钟至预聚体完全溶解；
（4）扩链反应：加入水合肼5.9，反应2-2.5小时，得泳衣印花用水性聚氨酯胶浆乳液。
该实施例原料组分NPG聚ε-己内酯二醇及二羟甲基丙酸用量较多，对产品耐磨性、弹性及柔韧性贡献较大，且二羟甲基丙酸中的羧基和两个伯羟基能够赋予产品更好的亲水性。
实施例3
原料按重量配比
（1）预聚反应：将异佛尔酮二异氰酸酯40、六亚甲基二异氰酸酯20、聚己二酸乙二醇丁二醇酯二醇40、NPG聚ε-己内酯二醇25、聚四亚甲基醚二醇40加入反应釜中，升温至75-90℃，反应2-2.5小时，然后加入二乙基戊二醇6.5、二羟甲基丙酸9.5反应1.5-2小时；
（2）中和反应：降温至45-55℃，加入三乙胺7.2，反应30-40分钟；
（3）乳化反应：加入去离子水220，搅拌10-20分钟至预聚体完全溶解；
（4）扩链反应：加入水合肼6，反应2-2.5小时，得泳衣印花用水性聚氨酯胶浆乳液。
该实施例原料组分异佛尔酮二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯与多元醇比例较小，产品分子量较大，产品柔软度、弹性及蓬厚度更好。
实施例4
原料按重量配比
（1）预聚反应：将异佛尔酮二异氰酸酯45、六亚甲基二异氰酸酯17.5、聚己二酸乙二醇丁二醇酯二醇45、NPG聚ε-己内酯二醇27、聚四亚甲基醚二醇45加入反应釜中，升温至75-90℃，反应2-2.5小时，然后加入二乙基戊二醇8、二羟甲基丙酸8反应1.5-2小时；
（2）中和反应：降温至45-55℃，加入三乙胺6，反应30-40分钟；
（3）乳化反应：加入去离子水250，搅拌10-20分钟至预聚体完全溶解；
（4）扩链反应：加入水合肼5.9，反应2-2.5小时，得泳衣印花用水性聚氨酯胶浆乳液。
该实施例原料组分二乙基戊二醇及聚四亚甲基醚二醇用量较多，制得的水性聚氨酯柔软度优异且由于二乙基戊二醇用量较大，乳液亲水性更突出，渗透性更好，与基材结合牢度更好。
实施例5
原料按重量配比
（1）预聚反应：将异佛尔酮二异氰酸酯50、六亚甲基二异氰酸酯15、聚己二酸乙二醇丁二醇酯二醇50、NPG聚ε-己内酯二醇20、聚四亚甲基醚二醇45加入反应釜中，升温至75-90℃，反应2-2.5小时，然后加入二乙基戊二醇7.8、二羟甲基丙酸9.5反应1.5-2小时；
（2）中和反应：降温至45-55℃，加入三乙胺7.2，反应30-40分钟；
（3）乳化反应：加入去离子水250，搅拌10-20分钟至预聚体完全溶解；
（4）扩链反应：加入水合肼6，反应2-2.5小时，得泳衣印花用水性聚氨酯胶浆乳液。
该实施例原料组分聚己二酸乙二醇丁二醇酯二醇及异佛尔酮二异氰酸酯用量较多。聚己二酸乙二醇丁二醇酯二醇分子量较大，产品耐磨性、牢度效果更加突出；异佛尔酮二异氰酸酯用量较大，产品柔韧性及弹性更加突出。
上述实施例：
聚己二酸乙二醇丁二醇酯二醇：采用的是德国Bayer MaterialScience公司的Desmophen 2002H产品，分子量为2000；
NPG聚ε-己内酯二醇：采用的是美国Arch化学公司的Poly-T220CPB产品，分子量为1000；
聚四亚甲基醚二醇：分子量为2000。
试验例
胶浆制备：取上述实施例1-5所得泳衣印花用水性聚氨酯胶浆乳液100份，加入增稠剂1.5份（选用广州冠志化工有限公司生产的非离子聚氨酯增稠剂OS-6060），色浆3份（选用广东奕美化工科技有限公司生产的大红色浆），粘度达到15000-18000cps（25℃）；
对比例：东莞长联科技有限公司产品3711C（一种聚氨酯弹性胶浆）；取上述胶浆100份加入色浆3份（色浆选用广东奕美化工科技有限公司生产的大红色浆）；
将上述胶浆分别对40D莱卡泳衣面料、240T全弹春亚纺面料（涤纶），通过手工台板印花，控制胶浆厚度为0.45厘米，室温干燥后，130℃烘干2分钟。
性能测试指标如下表
Figure DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE004
测试标准：
拉伸弹性测试标准：按照ASTM D3107 弹性机织物拉伸及弹性回复性测试标准 进行测试；
干摩擦牢度测试标准：按照FZ/T 01011-1991 涂层织物 耐磨性能测定方法 进行测试，摩擦10000次；
耐皂洗牢度测试标准：按照JIS L0844-2005耐皂洗色牢度测试 进行测试；
水洗检测：按照GB/T 8629-2001 纺织品 实验用家庭洗涤和干燥程序 进行测试；
手感及表面膜感检测：通过手触摸测定。
通过以上检测结果可以看出，本发明纺织品印花用水性聚氨酯胶浆乳液具有手感柔软、干爽、蓬厚的优点，并具有拉伸弹性高、干摩擦牢度、耐皂洗牢度、耐高温水洗牢度优的技术特点，与市场上现有水性聚氨酯弹性胶浆相比，各方面性能明显优于市场同类产品。

Claims (2)

1.一种泳衣印花用水性聚氨酯胶浆乳液制备方法，其特征是：
原料按重量配比：
(1)预聚反应：将异佛尔酮二异氰酸酯30-50、六亚甲基二异氰酸酯15-25、分子量为2000的聚己二酸乙二醇丁二醇酯二醇30-50、分子量为1000的NPG聚ε-己内酯二醇20-30、分子量为2000的聚四亚甲基醚二醇40-50加入反应釜中，升温至75-90℃，反应2-2.5小时，然后加入二乙基戊二醇5-8、二羟甲基丙酸8-10反应1.5-2小时；
(2)中和反应：降温至45-55℃，加入三乙胺6-7.5，反应30-40分钟；
(3)乳化反应：加入去离子水210-250，搅拌10-20分钟至预聚体完全溶解；
(4)扩链反应：加入水合肼4-6，反应2-2.5小时，得泳衣印花用水性聚氨酯胶浆乳液；
产品化学指标如下：
外观：透明至半透明乳液
离子性：阴
pH值：7±1
固含量：40±1%。
2.如权利要求1所述制备方法得到的泳衣印花用水性聚氨酯胶浆乳液。
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