阳离子水性聚氨酯对羊毛织物毡缩性及染色性能的影响

张立影，郑 斌，睢成琳，朱 顺，胡亚君，贾丽霞，单国华

（新疆大学纺织与服装学院，新疆乌鲁木齐 830046）

羊毛是重要的纺织原料，具有优良的服用性能，颇受消费者的喜爱，但羊毛鳞片引起的定向摩擦效应使羊毛织物机洗时容易发生毡缩，极大地影响了织物的尺寸稳定和服用性能，耐机洗已经成为高档羊毛织物的一种标准[1-2]。然而，传统的羊毛防毡缩处理工艺氯化-树脂法会产生有机卤化物（AOX），造成环境污染[3-5]。因此，迫切需要开发防缩效果好、成本低廉、环保高效的新型防毡缩整理剂。水性聚氨酯不含甲醛，安全无污染，已被应用于羊毛织物防缩整理，有研究表明：水性聚氨酯整理剂可以达到防毡缩效果，但可能对织物手感和强力造成影响[6-9]。

本研究采用“自乳化法”制备了阳离子水性聚氨酯（CWPU）乳液，自制CWPU 的化学分子结构式如下所示：将其应用于羊毛织物防毡缩整理，防毡缩过程中封闭的—NCO基团在焙烘条件下释放出来恢复活性，与羊毛纤维分子链上的—NH2、—OH、—SO3H等基团发生交联成膜，将鳞片层全部包覆，部分沉积在纤维无定形区，限制了羊毛纤维鳞片之间的摩擦移动，可有效提高羊毛织物的防毡缩性，且具有一定的固色效果。

1 实验

1.1 材料与仪器

材料：羊毛双股单层平纹针织物（190 g/m2，80 cm×50 cm，工业品，新疆金塔毛纺织有限公司），阳离子水性聚氨酯树脂整理剂（实验室自制），碳酸氢钠、元明粉、平平加O、乙酸（工业品，天津盛淼精细化工公司），兰纳素黄3G、兰纳素红6G（工业品，上海虹光化学工业有限公司）。

仪器：SW-24 型耐洗色牢度试验机、P-AO 立式气压电动小轧车、Y3571型织物耐摩擦牢度仪、YG(B)026H-500 型强力仪（温州市大荣纺织仪器有限公司），S-4800 型电镜扫描仪（日本日立公司），Ultra Scan PRO分光测色仪（美国Hunter Lab公司），洗衣机（国家羊毛局标准洗衣机）。

1.2 防毡缩整理工艺

工艺配方：CWPU 50、40、30、20、10 g/L，2%平平加 O 2 g/L，浴比 1∶20，pH=7～8（用 10%NaHCO3调节），轧余率75%～80%。

工艺流程：羊毛织物室温下在蒸馏水中浸渍5 min→在整理液室温下浸渍20 min→二浸二轧（轧余率78%）→85 ℃烘干3 min→150 ℃焙烘3 min。

1.3 羊毛织物固色整理工艺

工艺配方：2%兰纳素黄3G/红6G 10 g/L，5%元明粉10 g/L，2%平平加O 10 g/L，1%乙酸调节pH=5，浴比1∶50。

工艺流程1：整理好的织物放入染缸40 ℃入染→升温（升温速率1 ℃/min）至90 ℃染色60 min→保温60 min→水洗，皂洗，冲洗。

工艺流程2：羊毛织物室温下在蒸馏水中浸渍5 min→放入染缸40 ℃入染→升温（升温速率1 ℃/min）至90 ℃染色60 min →保温60 min→水洗，皂洗，冲洗，晾干→树脂处理。

1.4 测试

1.4.1 织物毡缩率

按FZ/T 70009—2012《毛纺织产品经洗涤后松弛尺寸变化率和毡化尺寸变化率实验方法》对织物样品进行标准测定。按式（1）计算面积尺寸变化率：

其中，SW为宽度尺寸变化率（%），SL为长度尺寸变化率（%）。

1.4.2 色度参数

采用D65光源和10°视角，测定织物的L*、a*、b*、K/S、C*、h等。

1.4.3 泛黄指数

按GB 8424—87《纺织品色牢度试验色差计算》测定。按公式（2）计算泛黄指数：

其中，X、Y、Z为织物的3个刺激值，Y1为泛黄指数。

1.4.4 耐摩擦色牢度

按GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定。

2 结果与讨论

2.1 羊毛纤维的SEM图

从图1可知，未经CWPU树脂处理的羊毛纤维表面鳞片层、沟壑、凹槽和缝隙清晰、明显。这必将导致纤维表面的顺逆摩擦系数差异较大，从而使毛织物在机械运动时容易产生定向摩擦效应，导致毡缩、毡并等现象。经CWPU处理后的羊毛纤维表面覆盖了一层致密又均匀的薄膜，且膜的平整性较好。纤维上鳞片层间沉积有树脂聚合物，使鳞片层间特有的天然沟槽消失，变得比较光滑，从而降低了纤维表面的相对摩擦系数，提高了羊毛织物的防毡缩性能。

图1 羊毛纤维的SEM图

2.2 织物面积毡缩率的影响因素

2.2.1 整理剂用量

图2 所示为自制整理剂CWPU 用量对织物面积毡缩率的影响，焙烘温度150 ℃，焙烘时间3 min。由图2可知，整理剂用量越高，整理效果越好；当整理剂用量达到40 g/L时，面积毡缩率为7.73%，有明显的防毡缩效果，达到羊毛织物8%的机可洗标准；而当整理剂用量为50 g/L 时，虽然面积毡缩率更低，但是用量越高，纤维上的成膜越厚，导致其手感偏硬。从应用效果和成本考虑，确定防缩剂用量为40 g/L。

图2 整理剂用量对织物面积毡缩率的影响

2.2.2 焙烘条件

表1 为焙烘温度对羊毛织物毡缩率的影响，表2为焙烘时间对织物毡缩率的影响。固定树脂整理剂（CWPU）用量40 g/L，焙烘时间3 min；原样泛黄指数7.60%。

表1 焙烘温度对织物毡缩率的影响

表2 焙烘时间对织物毡缩率的影响

由表1可知，织物面积毡缩率随着焙烘温度的升高而降低，在150 ℃时，面积毡缩率已经达到机可洗标准；继续提高温度，防毡缩作用虽然较明显，但泛黄指数在增加，因为过高的温度会导致成膜粗糙，织物黄变恶化，整理的综合效果较差。由表2可知，随着焙烘时间的延长，羊毛织物的面积毡缩率缓慢下降，当焙烘时间为3 min 时，织物面积毡缩率已经达到了7.04%；继续延长时间，虽然面积毡缩率仍在下降，但泛黄指数明显增大。因此，确定烘焙温度为150 ℃，焙烘时间为3 min。

2.3 整理工艺对织物染色性能的影响

2.3.1 色度参数值

由表3 可知，经整理剂CWPU 处理后的样品染色后，K/S值有所提高，说明整理剂CWPU 对羊毛织物具有增深作用。这是由于经整理剂CWPU 处理后，羊毛纤维表面成膜具有阳离子性，降低了活性染料的水溶性，增强了固色效果，且染后再进行树脂整理的增深效果更好。

表3 不同整理工艺的色度值

2.3.2 耐摩擦色牢度

表4为不同整理工艺织物洗前及洗后的耐摩擦色牢度。由表4 可知，经树脂处理后样品的耐湿摩擦色牢度高于原样，这是由于整理剂CWPU 中的—NCO基团被解封后恢复活性，增加了染料与织物间的结合力，且整理剂CWPU 中的阳离子基团可与染料中的羧酸基或磺酸基等水溶性阴离子基团静电结合，将水溶性基团封闭，使染料在纤维上附着，从而提高了耐湿摩擦色牢度。

表4 织物的耐摩擦色牢度

3 结论

（1）将自制的CWPU 整理剂应用在羊毛织物防毡缩整理中，探讨了不同树脂用量对羊毛织物面积毡缩率的影响，并确定了最佳树脂用量为40 g/L 时，织物面积毡缩率可达到机洗标准，且手感不受影响。

（2）研究分析了焙烘温度、焙烘时间对羊毛织物面积毡缩率的影响，推荐焙烘条件为150 ℃、3 min。

（3）探讨了CWPU 整理剂对羊毛织物活性染料染色性能的影响，经CWPU 整理剂处理后的样品染色后K/S值有所提高，且染后再进行树脂整理的增深效果更好，耐湿摩擦色牢度有所提高。