TWI841155B - 生質型撥水助劑及其製作方法 - Google Patents
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Abstract
一種生質型撥水助劑及其製作方法。所述生質型撥水助劑包括由聚氨酯型樹枝狀聚合物與水性聚氨酯分散物構成的複合物。所述聚氨酯型樹枝狀聚合物是由含三官能基的生質原料與脂肪族直鏈異氰酸酯聚合而成。所述水性聚氨酯分散物包含衍生自所述含三官能基的生質原料的單體、衍生自環狀異氰酸酯的單體以及衍生自親水性化合物的單體。所述複合物是由所述聚氨酯型樹枝狀聚合物與所述含三官能基的生質原料、所述環狀異氰酸酯以及所述親水性化合物共聚而成。
Description
本發明是有關於一種生質型機能化學品，且特別是有關於紡織領域的一種生質型撥水助劑及其製作方法。
由於工業所造成的氣候變遷，人們對於環境議題的反思日趨重要，以可再生資源所開發的生質基化學品所製造的產品逐漸被市場重視，生質原料具有資源永續性與減碳效應，已成為國際品牌商材料技術發展策略之一。
譬如台灣染整(dyeing and finishing)產業目前已朝向節水/節能永續製程轉型，同時也朝向數位化精準生產。然而，仍有部分紡織助劑未達減碳需求，譬如目前商用撥水助劑多使用有機溶劑，這些有機溶劑因具有毒性，所以會增加廢液處理成本。
本發明提供一種生質型撥水助劑及其製作方法，能有效提升撥水劑的生質含量、噴印性及撥水度，對環境友善且可降低
廢液處理成本。
本發明的生質型撥水助劑包括由聚氨酯(PU)型樹枝狀聚合物(Dendrimer)與水性聚氨酯分散物(polyurethane dispersion，PUD)構成的複合物。所述聚氨酯型樹枝狀聚合物是由含三官能基的生質原料與脂肪族直鏈異氰酸酯聚合而成。所述水性聚氨酯分散物包含衍生自所述含三官能基的生質原料的單體、衍生自環狀異氰酸酯的單體以及衍生自親水性化合物的單體。所述複合物是由所述聚氨酯型樹枝狀聚合物與所述含三官能基的生質原料、所述環狀異氰酸酯以及所述親水性化合物共聚而成。
本發明的生質型撥水助劑的製作方法，包括使含三官能基的生質原料與脂肪族直鏈異氰酸酯進行聚合而形成聚氨酯型樹枝狀聚合物的第一步驟；以及將所述聚氨酯型樹枝狀聚合物與所述含三官能基的生質原料、環狀異氰酸酯以及親水性化合物進行共聚合的第二步驟。
基於上述，本發明的生質型撥水助劑的製備方法，透過新型水性聚氨酯分散物(PUD)及PU型樹枝狀聚合物的分子結構設計及兩步製備方法調控，能有效提升撥水劑的生質含量與噴印性，並可用噴印的方式塗佈於纖維表面，賦予織物撥水的特性，同時有效減少材料用量，達到全面減碳的效果。
為讓本發明的上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100:生質型撥水助劑
102:聚氨酯型樹枝狀聚合物
N1:衍生自含三官能基的生質原料的單體
N2:衍生自脂肪族直鏈異氰酸酯的單體
N3:衍生自環狀異氰酸酯的單體
N4:衍生自親水性化合物的單體
PUD:水性聚氨酯分散物
S200、S202:步驟
圖1是依照本發明的第一實施例的一種生質型撥水助劑的結構示意圖。
圖2是依照本發明的第二實施例的一種生質型撥水助劑的製造流程步驟圖。
下文列舉實施例並配合所附圖式來進行詳細的說明，但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍。此外，所繪圖式中的部件尺寸是為了說明方便而繪製，並非代表其實際的尺寸比例。
圖1是依照本發明的第一實施例的一種生質型撥水助劑的結構示意圖。
請參照圖1，本實施例的生質型撥水助劑100包括由聚氨酯(PU)型樹枝狀聚合物(Dendrimer)102與水性聚氨酯分散物(polyurethane dispersion)PUD構成的複合物。為了清楚起見，在圖1右單獨顯示聚氨酯型樹枝狀聚合物102、在圖1左單獨顯示水性聚氨酯分散物PUD。所述聚氨酯型樹枝狀聚合物102是由含三官能基的生質原料與脂肪族直鏈異氰酸酯聚合而成，因此聚合得到的所述聚氨酯型樹枝狀聚合物102包含衍生自含三官能基的
生質原料的單體N1以及衍生自脂肪族直鏈異氰酸酯的單體N2，且含三官能基的生質原料的單體N1的三個官能基會與脂肪族直鏈異氰酸酯的單體N2的兩端結合，而形成多個階層的樹枝狀結構。所述水性聚氨酯分散物PUD包含衍生自所述含三官能基的生質原料的單體N1、衍生自環狀異氰酸酯的單體N3以及衍生自親水性化合物的單體N4，且含三官能基的生質原料的單體N1的三個官能基會與衍生自環狀異氰酸酯的單體N3結合，並通過親水性化合物的單體N4連結兩個環狀異氰酸酯的單體N3。
本實施例的生質型撥水助劑100是由聚氨酯型樹枝狀聚合物102與含三官能基的生質原料、環狀異氰酸酯以及親水性化合物共聚而成，因此在形成具撥水性質的水性聚氨酯分散物PUD的同時，與疏水的聚氨酯型樹枝狀聚合物102搭配可形成具撥水性之複合物，並可透過製程條件(如調整衍生自親水性化合物的單體N4的含量)來加強於水中的分散性，一旦提高生質型撥水助劑100的分散性，可從而改善生質型撥水助劑100塗佈於布料上的覆蓋率及滲透率，進而使布料具有優異撥水度。
在一實施例中，所述含三官能基的生質原料為蓖麻油(Castor oil)。
在一實施例中，所述脂肪族直鏈異氰酸酯包括六亞甲基二異氰酸酯(Hexamethylene diisocyanate，HDI)、五亞甲基二異氰酸酯(pentamethylene diisocyanate，PDI)、L-賴氨酸二異氰酸酯(L-Lysine Diisocyanate，LDI)或前述之組合。
在一實施例中，所述環狀異氰酸酯包括異佛爾酮二異氰酸酯(Isophorone diisocyanate，IPDI)、二環己基甲烷二異氰酸酯(4,4’-diisocyanato dicyclohexylmethane，HMDI)或前述之組合。
在一實施例中，所述親水性化合物包括至少兩個羥基以及至少一個羧基；例如，甘油酸、二羥甲基丙酸(Dimethylol propionic acid，DMPA)、二羥甲基丁酸(Dimethylol butyric acid，DMBA)或前述之組合。
在一實施例中，所述生質型撥水助劑包含5wt%~12wt%的所述PU型樹枝狀聚合物、15wt%~30wt%的所述水性聚氨酯分散物；其餘為水。
第一實施例的生質型撥水助劑適用於紡織製造產業，且可通過噴印的方式塗佈於布料(纖維)表面，賦予布料撥水的特性，能大幅降低原料與廢水處理成本。
而且，根據布料種類、厚薄等條件，可調整適合的含量百分比來達到撥水的效果。舉例來說，使用5wt%以上的本發明的生質型撥水助劑，就能產生撥水的效果。另一方面，若是以節省成本的觀點來看，本發明的生質型撥水助劑的含量設定在20wt%以下應可符合大部分布料對於撥水度的需求。然而，本發明並不限於此。
圖2是依照本發明的第二實施例的一種生質型撥水助劑的製造流程步驟圖。
請參照圖2，本實施例的流程是先進行使含三官能基的生
質原料與脂肪族直鏈異氰酸酯進行聚合而形成聚氨酯型樹枝狀聚合物的步驟S200。在步驟S200中，含三官能基的生質原料與脂肪族直鏈異氰酸酯的重量比例如3：1至7.05：1。步驟S200中的含三官能基的生質原料可為蓖麻油。步驟S200中的脂肪族直鏈異氰酸酯可列舉但不限於六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、五亞甲基二異氰酸酯(PDI)、L-賴氨酸二異氰酸酯(LDI)或前述之組合。
然後，進行步驟S202，將上一步驟S200所得到的聚氨酯型樹枝狀聚合物與含三官能基的生質原料、環狀異氰酸酯以及親水性化合物進行共聚合。步驟S202中的含三官能基的生質原料可為蓖麻油，亦即步驟S200與步驟S202使用的含三官能基的生質原料都是蓖麻油；然而，本發明並不限於此。步驟S202中的環狀異氰酸酯可列舉但不限於異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、二環己基甲烷二異氰酸酯(HMDI)或前述之組合。步驟S202中的親水性化合物包括至少兩個羥基以及至少一個羧基；可列舉但不限於，甘油酸、二羥甲基丙酸(DMPA)、二羥甲基丁酸(DMBA)或前述之組合。在步驟S202中，含三官能基的生質原料與環狀異氰酸酯的重量比例如1：0.5至1：2.16；含三官能基的生質原料與親水性化合物的重量比例如1：0.5至1：3；含三官能基的生質原料與聚氨酯型樹枝狀聚合物的重量比例如1：0.5至1：4。
以下列舉數個實驗來驗證本發明的功效，但這些實驗及其結果並不用以限制本發明的應用範圍。
〈實驗例1〉
首先，在丙酮中將5.7wt%六亞甲基二異氰酸酯(HDI)與40.2wt%蓖麻油在溫度50℃~60℃攪拌反應30分鐘，得到聚氨酯型樹枝狀聚合物。
然後，在丙酮中將8.0wt%聚氨酯型樹枝狀聚合物與3.7wt%蓖麻油、5wt%二羥甲基丙酸(DMPA)以及作為反應觸媒的0.01wt% TzBn混合，然後在其中滴加8.0wt%異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)並於溫度50℃~60℃攪拌反應3小時，完成共聚合。
接著，在50℃~60℃於產物中加入3倍體積的去離子水，再添加擴鏈劑，攪拌1小時。
利用蒸餾法於50℃將丙酮從產物中分離，將剩餘溶液稀釋至4.5wt%的生質型撥水助劑。
然後，將以上生質型撥水助劑注入直噴機，再噴印到織物表面。將噴印後之織物於在150℃定型150秒得到樣品。
利用美國紡織化學家和染色師協會(AATCC)發布的AATCC 22標準測試方法，檢測樣品的撥水度，並將結果記載於下表1。
〈比較例1〉
首先，在THF(四氫呋喃)溶劑中將3wt% EX-622(DENACOLTM)與30wt%蓖麻油以溫度80℃攪拌反應24小時，得到樹枝狀聚合物。
然後，在丙酮中將8wt%樹枝狀聚合物與4wt%蓖麻油、5wt%二羥甲基丙酸(DMPA)以及0.01wt% TzBn混合，然後在
其中滴加8wt%異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)並於溫度50℃~60℃攪拌反應30分鐘，完成共聚合。
接著，採用與實驗例1相同的噴印條件得到樣品。
同樣利用AATCC 22標準測試方法，檢測樣品的撥水度，並將結果記載於下表1。
〈比較例2〉
採用與實驗例1相同的製備方式與噴印條件得到樣品，但是共聚合所採用的IPDI改為脂肪族直鏈異氰酸酯HDI。
同樣利用AATCC 22標準測試方法，檢測樣品的撥水度，並將結果記載於下表1。
〈比較例3〉
在丙酮中將25wt%六亞甲基二異氰酸酯(HDI)與75wt%蓖麻油在溫度50℃~60℃攪拌反應30分鐘，得到聚氨酯型樹枝狀聚合物。
然後，在50℃~60℃於產物中加入3倍體積的去離子水，再添加擴鏈劑，攪拌1小時。
利用蒸餾法於50℃將丙酮從產物中分離，將剩餘溶液稀釋至4.5%固含量的生質型撥水助劑。
接著，採用與實驗例1相同的噴印條件得到樣品。
同樣利用AATCC 22標準測試方法，檢測樣品的撥水度，並將結果記載於下表1。
〈比較例4〉
在丙酮中將4wt%蓖麻油、5wt%二羥甲基丙酸(DMPA)以及0.01wt% TzBn混合，然後在其中滴加8wt%異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)並於溫度50℃~60℃攪拌反應3小時，完成聚合。
接著，在50℃~60℃於產物中加入3倍體積的去離子水，再添加擴鏈劑，攪拌1小時。
利用蒸餾法於50℃將丙酮從產物中分離，將剩餘溶液稀釋至4.5%固含量的生質型撥水助劑。
接著，採用與實驗例1相同的噴印條件得到樣品。
同樣利用AATCC 22標準測試方法，檢測樣品的撥水度，並將結果記載於下表1。
從表1可得到，實驗例1的撥水度明顯優於其他比較例1~4。
〈實驗例2~3〉
採用與實驗例1相同的製備方式與噴印條件得到樣品，其中共聚合步驟中所採用的DMPA含量分別改為4wt%、3wt%。
同樣利用AATCC 22標準測試方法，檢測樣品的撥水度，並將結果記載於下表2。
從表2可得到，通過調整親水性化合物DMPA的含量，可改變撥水度。
〈比較例5〉
使用表面無撥水加工的B.K.布，以AATCC 201標準測試方法，檢測其乾燥速率，並將結果記載於下表3。
〈實驗例4~5〉
織物：
1.實驗例4是使用實驗例1的(6.0wt%)生質型撥水助劑，在B.K.布表面噴印由線條所構成的多個六角形圖案，其中每個六角形面積為3.37cm2，線條與六角形面積比例為：線條28.9%，六角形71.1%。
2.實驗例5是使用實驗例1的(6.0wt%)生質型撥水助劑，在B.K.布表面噴印由多個六角形所構成的圖案，且六角形之間有空隙，其中每個六角形面積為3.37cm2，空隙與六角形面積比例為：空隙28.9%，六角形71.1%。
然後，採用與實驗例1相同的噴印條件得到樣品。
以AATCC 201標準測試方法，檢測其乾燥速率，並將結果記載於下表3。
從表3可得到，改變噴印圖案有助於提升乾燥速率。
綜上所述，本發明的生質型撥水助劑能有效提升撥水劑的生質含量，而達到減碳的效果，並可用噴印的方式塗佈於纖維表面，賦予織物撥水的特性，同時有效減少材料用量並節省後續處理(廢水)成本。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:生質型撥水助劑
102:聚氨酯型樹枝狀聚合物
N1:衍生自含三官能基的生質原料的單體
N2:衍生自脂肪族直鏈異氰酸酯的單體
N3:衍生自環狀異氰酸酯的單體
N4:衍生自親水性化合物的單體
PUD:水性聚氨酯分散物
Claims (17)
- 一種生質型撥水助劑，包括：由聚氨酯(PU)型樹枝狀聚合物(Dendrimer)與水性聚氨酯分散物(polyurethane dispersion，PUD)構成的複合物，其中所述聚氨酯型樹枝狀聚合物是由含三官能基的生質原料與脂肪族直鏈異氰酸酯聚合而成，所述水性聚氨酯分散物包含衍生自所述含三官能基的生質原料的單體、衍生自環狀異氰酸酯的單體以及衍生自親水性化合物的單體，且所述複合物是由所述聚氨酯型樹枝狀聚合物與所述含三官能基的生質原料、所述環狀異氰酸酯以及所述親水性化合物共聚而成。
- 如請求項1所述的生質型撥水助劑，其中所述含三官能基的生質原料包括蓖麻油。
- 如請求項1所述的生質型撥水助劑，其中所述脂肪族直鏈異氰酸酯包括六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、五亞甲基二異氰酸酯(PDI)、L-賴氨酸二異氰酸酯(LDI)或前述之組合。
- 如請求項1所述的生質型撥水助劑，其中所述環狀異氰酸酯包括異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、二環己基甲烷二異氰酸酯(HMDI)或前述之組合。
- 如請求項1所述的生質型撥水助劑，其中所述親水性化合物包括至少兩個羥基以及至少一個羧基。
- 如請求項5所述的生質型撥水助劑，其中所述親水化合物包括甘油酸、二羥甲基丙酸(DMPA)、二羥甲基丁酸(DMBA)或前述之組合。
- 如請求項1所述的生質型撥水助劑，其中所述生質型撥水助劑包含5wt%~12wt%的所述聚氨酯型樹枝狀聚合物、15wt%~30wt%的所述水性聚氨酯分散物；其餘為水。
- 一種生質型撥水助劑的製造方法，包括：使含三官能基的生質原料與脂肪族直鏈異氰酸酯進行聚合而形成聚氨酯型樹枝狀聚合物的第一步驟；以及將所述聚氨酯型樹枝狀聚合物與所述含三官能基的生質原料、環狀異氰酸酯以及親水性化合物進行共聚合的第二步驟。
- 如請求項8所述的生質型撥水助劑的製造方法，其中在所述第一步驟中，所述含三官能基的生質原料與所述脂肪族直鏈異氰酸酯的重量比為3：1至7.05：1。
- 如請求項8所述的生質型撥水助劑的製造方法，其中在所述第二步驟中，所述含三官能基的生質原料與所述環狀異氰酸酯的重量比為1：0.5至1：2.16。
- 如請求項8所述的生質型撥水助劑的製造方法，其中在所述第二步驟中，所述含三官能基的生質原料與所述親水性化合物的重量比為1：0.5至1：3。
- 如請求項8所述的生質型撥水助劑的製造方法，其中在所述第二步驟中，所述含三官能基的生質原料與所述聚氨酯型樹枝狀聚合物的重量比為1：0.5至1：4。
- 如請求項8所述的生質型撥水助劑的製造方法，其中所述含三官能基的生質原料包括蓖麻油。
- 如請求項8所述的生質型撥水助劑的製造方法，其中所述脂肪族直鏈異氰酸酯包括六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、五亞甲基二異氰酸酯(PDI)、L-賴氨酸二異氰酸酯(LDI)或前述之組合。
- 如請求項8所述的生質型撥水助劑的製造方法，其中所述環狀異氰酸酯包括異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、二環己基甲烷二異氰酸酯(HMDI)或前述之組合。
- 如請求項8所述的生質型撥水助劑的製造方法，其中所述親水性化合物包括至少兩個羥基以及至少一個羧基。
- 如請求項16所述的生質型撥水助劑的製造方法，其中所述親水化合物包括甘油酸、二羥甲基丙酸(DMPA)、二羥甲基丁酸(DMBA)或前述之組合。
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI841155B true TWI841155B (zh) | 2024-05-01 |
| TW202426532A TW202426532A (zh) | 2024-07-01 |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102782007A (zh) | 2009-12-18 | 2012-11-14 | 巴斯夫欧洲公司 | 用于加溶微溶性活性成分的具有疏水性核的超支化聚酯 |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102782007A (zh) | 2009-12-18 | 2012-11-14 | 巴斯夫欧洲公司 | 用于加溶微溶性活性成分的具有疏水性核的超支化聚酯 |
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