一、前言

早在1950年以前线型的和交联的聚氨酯纺织助剂就已开始了工业规模的生产，但绝大多数都是溶剂型产品。1974年以后，水性聚氨酯迅猛发展，同时在纺织工业方面的应用也十分广泛。据有关文献证明，水性聚氨酯作为纺织助剂具有广阔的发展前景[1]。

在国内，水性聚氨酯作为纺织助剂的应用还是最近几年的事，在推广应用中，收效不高，故有必耍对水性聚氨酯的化学和应用作简单介绍。

二、水性聚氨酯的化学及特点

聚氨酯（简写为“PU”），全称聚氨基甲酸酯，是由多元醇和多异氰酸酯化合生成高分子链上具有许多重复的结构单元的高分子化合物，其主要化学反应如下：

聚氨酯结构中许多官能团对纺织品性能的影响如表1所示。

表1聚氨酯主要结构对纺织品性能的影响

一般按使用多元醇的种类把聚氨酯分为聚酯型聚氨酯和聚醚型聚氨酯。在聚醚多元醇的分子中因含有醚键-O-，将相邻的亚甲基隔开，易于旋转，具有很好的柔软性和挠曲性。在聚酯多元醇中，由于含有酯基

，有很高的内聚能，产生很大的分子之间的作用力，有利于提高对基质的粘附性，但不耐水解。由于酯基中也含有醚键结构，固而，也易于旋转，具有较好的柔软性。这两种键段统称为柔性链段。含有-CH2-亚甲基数越多，柔软性和挠曲性越好．凡是含有芳基和聚氨酯中低分子二醇和/或二胺与异氰酸酯基团反应生成的和等统称刚性链段。它们影响纺织品的手感、挠曲性和硬挺度。因为氨基甲酸酯基与天然皮革中所含的氨基酸基团相类似，故聚氨酯用于仿皮整理剂，可赋于纺织品丰满厚实的手感。另外，这些基团N原子上的H是活泼H，可以用多-OH基化合物交联剂，（如2D树脂、六羟甲基三聚氰胺树脂，蜜胺树脂等）与之交联，亦可与纤维中的-OH基和-NH2基反应，或形成氢键，加上这些极性基团对基质的粘附性，因此可用作抗皱防缩的耐久定形整理。纺织整理工作者们可以藉聚氨酯高分子链上所带反应性基团，加入不同助剂和交联剂，配合适当的整理工艺，获得性能满意的制品。

对经整理的纺织品的回弹性是大家所关心的一项重要性能。聚氨酯的回弹性与其他树脂不同，印染废水处理即使在很高的硬度下，仍然具有一定的弹性或韧性。换言之，用聚氨酯整理的织物能获得很好的手感和弹性的平衡。这是丙烯酸树脂所不及的。聚氨酯的弹性与橡胶类似，还来自大分子的长链结构和链中单键的自由旋转及分子键段之间的适当交联。固此，在选用一已知结构的聚氨酯整理剂时，通过适当的配方和整理工艺，增加交联度，有利于回弹性提高。但交联过度，回弹性会降低。

耐磨性是聚氨酯的一项突出性能。其耐磨性是天然橡胶的2～10倍。如果与硅树脂配伍，效果更佳。聚氨酯耐磨性的要素是它的弹性。聚氨酯耐磨性随低分子二元醇链长的增加而下降；随聚醇分子量的增加而提高，但它的强度并不影响其耐磨性。在制备聚氨酯弹性体时，若NCO/OH值越大，它的磨耗也越大，耐磨性能降低。这是固为NCO／OH值太大，柔性和弹性下降之故。所以，耐磨性除与直接制备聚氨酯的原料和配方有关外，与整理时的工艺条件也有关系。

透气性是纺织品一项重要的物理性能指标。气体透过聚合物是一单分子的扩散过程。它是借助于聚合物内密度高低所出现的自由体积或空穴为通道而扩散的。因此，聚合物体积愈膨胀，链段运动愈强烈，则提供这种空穴的机会越多，故弹性体的透气性就越大。一般用聚氨酯整理的纺织品透气性是较好的。但是，如果我们在整理过程中配伍用的助剂极性基团太多，刚性链段太强，交联过度，就可能会降低透气性。

至于纺织品所要求的吸湿性、防水性、阻燃性，一方面可以在制备聚氨酯过程中引入一些亲水性基团、疏水性基团，特别是12～18个碳原子的长链烷基，和使用含有阻燃元素的原料来达到这三性外，也可以利用聚氨酯的配伍性能，掺入有关助剂来赋于纺织品这三项性能

水性聚氨酯与溶剂型聚氨酯不同之点在于聚氨酯高分子链上含亲水基团的多少不同。含亲水性基团多的制得水溶性聚氨酯；含亲水性基团少的制得溶剂型聚氨酯；介于两者之间的可通过自身乳化和加入乳化剂强制乳化或分散，制得水乳化型聚氨酯和水分散型聚氨酯。所谓水性聚氨酯一般是指水溶性、水乳化性和水分散性聚氨酯。根据聚氨酯高分子链上所带亲水基团的离子性质，又可分为非离子型和离子型（阳离子、阴离子和两性离子）[2]。这些亲水基团对纺织品加工和成品性能的影响如表2所示。

水性聚氨酯与溶剂型聚氨酯还有个差异是没有反应性很高的异氰酸酯基的存在。因为异氰酸酯基与水会发生反应，所以在水性聚氨酯高分子链上不会有异氰酸酯端基，也就没有异氰酸酯的毒性。但是，可以用一种封端剂把异氰酸酯基保护起来制得水性聚氨酯，在一定温度下脱封再生出活性异氰酸酯基，使聚氨酯交联固化。当然，还可以在聚氨酯高分子链上引入其他反应性基团，使之自身固化交联。有人习惯称这种聚氨酯叫反应性聚氨酯。从聚氨酯固化成膜来分类，有热塑性聚氨酯和热固性聚氨酯。前者不能单独成膜，一般要借助甲醛树脂或其他交联剂在MgCl2。等催化剂作用下，才能与纤维牢固地结合。后者，在加热情况下可自身固化成膜。

为什么水性聚氨酯的研制和应用会如此广泛和迅速地发展呢？就纺织工业而言，综合归纳有以下几个特点：

表2聚氨酯中亲水基团对纺织品加工及制品性能的影响

1．具有多变性合成工艺根据制品要求，随时变换原料和配方，就可满足用户要求。例如，我们在原有合成工艺基本不变的情况下，略加改变合成了Npu-1012（非离子型）、Cpu-412（阳离子型）、Apu-506（阴离子型）、Zpu-626（两性离子型），以供不同用户的需要。

2．具有广泛的配伍性水性聚氨酯可以广泛地与其他水性或乳液型树脂或助剂配伍。例如，与水性甲醛类树脂、环氧树脂、醇酸树脂，丙烯酸树脂、硅树脂、氟树脂、橡胶类胶乳、PVC糊状树脂、PVAC树脂等配伍。利用这种高分子共混方法，制得高分子“合金”，可以取长补短收到预想不到的良好结果。我们使用这种简单的共混方法，或称聚氨酯二次加工法，衍生出了可在室温下固化的Bpu-924上胶剂，可用于普通起绒棉布上作发泡仿皮涂层剂的Bpu-925，防水阻燃仿皮涂层整理剂Bpu-926，弹性涂层剂Bpu-927，防水涂层剂Bpu-928等。

3．具有多功能特性聚氨酯对各种基质都显示出极好的粘结性，能赋于织物柔软而丰满的手感和皮感、耐磨性、抗皱防缩性、回弹性、挠曲性、透气吸湿性和可缝制性，调节聚氨酯高分子结构还可用于织物的防水、防油、防污、防起毛起球等整理。固而可用作耐久定形整理剂，抗皱防缩整理剂，耐磨整理剂、手感改良剂、仿皮整理剂、多用途粘合剂等[6、7]。

4．加工设备及工艺的适应性一般说来，由于水性聚氨酯的上述特性，可在很宽的范围内改变其性能。因此，可在普通的印染设备上进行喷涂、浸渍、浸轧和刮涂等。水性聚氨酯的这种适应性，用于纤维整理投资少，见效快，可明显地改善纤维性能，提高纺织品等级，取得经济效益。

5．无三废污染：因为水性聚氨酯用水作稀释剂，使用方便，没有溶剂型的易燃、易爆和毒性之患，易于被用户接受。

纺织品种类如此之多，材质不尽相同，对性能要求各异，加工工艺也有差别，．如何设计水性聚氨酯的结构既适用于热带又适用于寒带。既能暴露在日光下，又能经受住风、雨、火、水、溶剂等的考验，既能透气叉能吸湿，既柔软又硬挺，既耐湿洗又耐干洗等等，这是研制合成聚氨酯的化学家们努力的方向，也是纺织科研战线的专家们奋斗的目标。只要掌握水性聚氨酯的基本结构和性能，找到正确的配方，结合自已的生产工艺，就能有所创造有所发现有所发明，不断开拓出新一代纺织品，美化人们的生话。

三、水性聚氨酯的应用实例

1．仿麂皮整理

仿麂皮织物最初用橡胶、亚麻仁油化合物、硝化纤维素和PVC来涂复纤维制成。由于不透气和仿真度低，已不能满足人们的需要。聚氨酯含有氨基甲酸酯基

，与天然皮革中的氨基酸结构单元相似。因此，用聚氨酯整理的织物皮感强，手感柔软丰满厚实，具有极好的韧性和手感的平衡，透气吸湿，仿真度高，是很有发展前途的一类仿皮制品。

用于仿皮制品的基布可使用针织布、机织布和无纺布。纤维可用聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、醋酸纤维或直接使用棉、麻和毛及其混纺织物。以聚酯纤维最为适宜，尤以变形涤纶丝更好，用细度低于一旦的超细纤维最好。一般使用起绒的斜纹或缎纹织物。根据使用基布的材质不同，一般把仿真度高的称为仿麂皮，仿真度低的叫做仿麂皮绒。制造工艺可使用浸轧、刮涂和静电植绒方法。静电植绒仿麂皮绒由于使用丙烯酸树脂作粘合剂，手感较硬，不透气。这种仿麂皮绒制品已不太受人们欢迎。如果改用聚氨酯作粘合剂，这种产品就可能再次占领一定的市场[8、9、10]

在国内，用聚氨酯仿麂皮（绒）制品有溶剂型（DMF）和水性聚氨酯的，还有用2D树脂整理的。后一种甲醛类树脂整理的虽然价格便宜，但有毒性、手感硬、强度损失大和不耐洗等缺点。无论是国产还是进口的DMF浴剂型整理工艺，需要一套溶剂回收装置，投资大，收效慢，不利推广。使用水性聚氨酯整理，工艺简单，无三废处理问题，可在普通印染设备上进行加工，一般只需要将起绒织物通过浸轧或刮涂→烘干→焙固→磨毛即可。1985年底我们与上海市针织科学研究所合作进行试验，并二次上大机试验基本获得成功。去年四月通过市级鉴定，目前由上海针织厂生产。用Cpu-412树脂生产的针织仿麂皮面料，在性能上可以和日本的DM

F溶剂型聚氨酯仿麂皮媲美，仿真度高，成本低，还兼有优良的抗静电性能。今年我国运动员穿了用这种面料缝制的队服参加日本国际马拉松比赛，引起许多外国记者的注意。该面料被误认为是美国货；这种针织仿麂皮面料已引起电影界；解放军部队和外国客商的极大兴趣。

上海石化涤纶厂研制的超细纤维无纺布用Cpu-412树脂整理后弹性皮感很强。如用超细纤维无纺布制作仿麂皮制品，则效果一定更好。

2．弹性、抗皱、防缩整理

如上所述，水性聚氨酯对各种基材都有良好的粘结性，可广泛用于纺织品作弹性、抗皱和防缩整理。下面我们列举一些兄弟单位使用效果，以供参考。

常州第四印染厂对涤粘（65┱35）中长华达呢用Cpu-412，Apu-506整理后织物缓弹性比用普通KB树脂整理的要高。

表3水性聚氨酯对涤粘中长华达呢的整理效果

注:*RC-柔软剂**JFC-渗透剂

配方指每升处理浴中加入量，数据为一次性试验，不为最佳数据，供参考。

常州针织总厂对经编拉毛布和装饰布用Cpu-412┱H2O＝2┱1整理浴，进行整理，弹性明显改善，基本能恢复到原来状态。

上海市丝绸科学研究所用Cpu-412对领带绸进行低浓度PU树脂整理，其效果更为突出，整理的领带挺刮、滑爽、手感丰满，深受国外用户欢迎，产品供不应求，为国家创外汇效果明显。

从上述几家用户的实际使用效果中看出：水性聚氨酯可以对化纤织物、混纺织物和丝绸织物进行无醛或低醛整理，抗皱防缩效果明显。或许在麻纺织物上也可用以进行低浓度整理，收到良好效果。

3．耐久性整理

聚氨酯对各种基材都有良好的粘附性，水性聚氨酯的离子化又加强了静电引力作用，加上热固性的反应基团与纤维官能团－OH或一NH2的反应，可以获得耐久性的整理效果。上海光华漂染厂用NPU－1212对45／2（涤棉）×21（棉），70×145涤棉起绒基布作仿麂皮绒整理。织物富有皮感，具麂皮绒风格，手感丰满，色泽柔和，绒毛短、密、匀，优美大方，坚牢度强，透气性好，适于男女老少秋冬外衣、裙料及各种装饰用品，而且价格便宜。

水性聚氨酯的耐水、耐油和阻燃方面的性能，除了可合成这种特殊整理的水性聚氨酯外，还可以通过简单共混来实现这方面的性能。例如，常州皮革总厂从联邦德国进口了一台展皮机，该机部件传送带坏了。由于幅宽在2.8m，国内尚无生产，也没有这么宽的整理设备。我们采用APu-506共混树脂配制的Bpu-924，在普通帆布带上进行喷涂，室温固化，使之具有很好的强度、韧性和防水性能，解决了该厂生产之急印染废水处理需。为国家节省了外汇。

高耐磨性又是聚氨酯的一大优点，若灯芯绒用水性聚氨酯整理，可防止脱绒，并富有弹性，改善手感。常州灯芯绒总厂做过试验，效果明显，由于无焙固设备，未能扩大生产。

四、结束语

实践证明，水性聚氨酯作为纺织整理剂有广阔的发展前景。但在推广应用中，尚存在以下问题：

1．泛黄问题

前面已经谈到，阳离子聚氨酯中存在胺盐和含氯是产生泛黄的原因。另外，取用芳香族的多异氰酸酯（TDI）也是产生泛黄的重要因素。如果采用脂肪族二异氰酸酯，如HDI、XDI，就可避免泛黄。但由于HDI价格昂贵，用户难以接受。在使用水性聚氨酯整理时，如果掺入少量紫外线吸收剂、抗氧剂、热稳定剂或二氧化钛（刮涂时使用）等可以减轻泛黄程度。如果整理时使用聚氨酯浓度低，泛黄就不明显。上海市针织工业公司曾用APU-506（3％含固量）整理针棉织物，于145℃焙固，自度仍可保持93。使用CPU-412树脂要防止氯损泛黄。

2．产供销一条龙的问题

在推广应用中发现，人们习惯于沿用甲醛树脂整理，尽管有毒性危害，强度损伤大，手感不良，但还是乐于使用。除了价格问题之外，他们耿心的是研制出的新产品没有销路，我们建议选用纺织面料的用户应该熟悉聚氨酯整理的效果，关心国内外的市场信息，有机地把生产聚氨酯印染助剂的单位、印染厂和纺织品加工单位联合起来，实现产供销一条龙，纺织品的更新换代就一定能取得大的发展。

3．水性聚氨酯用于前整理的问题

目前人们注意了水性聚氨酯用于纺织品的后整理，而忽略了前整理。如果能在纺纱工序中就进行聚氨印染废水处理酯整理，赋予纱线抗皱防缩的优良性能，这样可以获得良好的色织品和特殊性能的纺织品，并且可以提高纱线的抱合率、织造率，甚至可能省去捻丝工序。