用上述工艺制备的涂层布，耐水压值约6370Pa，透湿量约2558g／m2·d.对比试验中的国产普通水性PU涂层耐水压约4600Pa，透湿量约2100g／m2·d.如用腈纶废丝／胶作原料制备HPAN[2]，可大大降低PU涂层剂的生产成本.

    1 实验与测试

    1.1 主要原料与仪器

    1.1.1 织物

    190T尼丝纺.

    1.1.2 主要原料

    聚乙二醇(PEG)：上海高桥化工厂，工业级；聚丙二醇(PPG)：上海高桥石化三厂，工业级；2,4-甲苯二异氰酸酯(TD1)：上海南翔试剂厂，分析纯；二乙醇胺(DEOA)：北京试剂厂，分析纯；防水整理剂AG480：日本进口；铁锚101胶粘剂、交联剂EH、六羟基三聚氰胺(HMM)：上海新光化工厂；封端剂DK、交联剂聚丙烯腈水解物HPAN(含固量10％)均为自制[3].

    1.1.3 仪器

    YG812型织物渗水测试仪(温州纺织仪器厂)；DL302-1型调温调湿箱(上海实验仪器厂).

    1.2 合成

    1.2.1 端氨基的PU预聚体

    将准确称量的PEG、PPG混合物加入烧瓶中，120℃、9.3×104Pa下真空脱水1.5h；而后将其降温至50℃，投入-定量的TDI，95℃油浴中加热、搅拌1.5h后，根据需要，50℃加入扩链剂反应0.5h.室温下用过量的自制封端剂DK将残余的异氰酸酯反应完毕，加水后得到端氨基的PU预聚体.

    1.2.2 单组分聚氨酯水乳液

    在室温下，向1.2.1反应体系中加入-定量的HPAN，搅拌均匀后增稠至-定粘度，即制得自乳化的自交联型聚氨酯水乳液.

    1.3 整理织物

    基布为经防水整理剂AG480的1％溶液处理的尼丝纺(二浸二轧)，将1.2中制备的自交联型PU乳液均匀涂布于基布上，布样在100℃下烘干，经焙烘交联后即制得涂层织物.

    1.4 测试

    用织物渗水测试仪测试涂层布的防水性能；用透湿杯法按J1SZ-208-1976标准测试涂层布的透湿性能，同-样品平行测试3次，取平均值.用公式计算涂层布日透湿量.

    Q=(△W×24)/(A×t)

    式中Q透湿量／g·(m2·d)-1；△W 吸湿量／g；A吸湿面积m2; t 吸湿时间/h.

    2 实验结果与讨论

    2.1 n(-NC0)︰n(-0H)对PU预聚体自乳化能力的影响

    PU的自乳化有利于简化涂层剂的制备工艺，降低成本.预聚反应中，以m(PPG1000)︰m(PEG)＝70︰30的混合物为多元醇组分，分析n(-NC0)︰n(-0H)对预聚体的自乳化能力的影响，见表1.

    表1 n(-NC0)︰n(-0H)对PU预聚体自乳化能力的影响

    从表1中可看出，n(-NC0)︰n(-0H)高于1.4︰1，即得到分散性较好的PU乳液；n(-NC0)︰n(-0H)为1.4︰1，得到的PU在水中形成普通的乳液；n(-NC0)︰n(-0H)为1.1︰1时，得到的PU预聚体不能在水中自乳化.

    2.2 预聚反应中n(-NC0)︰n(-0H)对涂层布的透湿性能的影响

    从图1可知，用HPAN作交联剂反应主要发生在PU预聚体的端基上，因此，n(-NC0)︰n(-0H)越大(＞1)，预聚体的分子量越低，端基浓度越高，涂层的交联度就越高，涂层布的耐水压值增加.另一方面，交联后HPAN分子链折叠能力下降，而PPG分子链对HPAN分子链还有隔离作用，这些都促进了水分子与涂层的亲合及在涂层中的渗透，提高涂层布的透湿性能；n(-NC0)︰n(-0H)大于1.7︰1，交联密度过高，涂层的透湿能力降低. 因此，综合考虑2.1、2.2中的因素，预聚时，n(-NC0)︰n(-0H)宜为1.7︰1.

    2.3 PEG、PPG分子量对涂层布防水透湿性能的影响

    PEG与PPG是聚氨酯工业常用的两种低聚物多元醇，预聚反应中，它们的分子量对涂层防水透湿性能的影响，见表2.

    表2 PEG、PPG的分子量对涂层防水透湿性能的影响

    从表2可知，多元醇组分的分子量低，有利于获得较高的耐水压值有利；多元醇组分的分子量高对获得较高的透湿量有利.因此，在相同的n(-NC0)︰n(-0H)，多元醇组分的分子量越高，预聚体分子量就越高。软链段质量分数也越高，涂层的交联密度降低，透湿量增大，耐水压值降低.

    因此，在PU预聚体的合成中，宜使用分子量为1000的PEG或PPG多元醇组分.

    2.4 PPG％(质量分数)对织物涂层布性能的影响

    与PEG相比，PPG的亲水性较差.在PU涂层的合成中，添加部分的PPG，有利于改善涂层的耐水压性能.涂层的耐水压值综合反映了涂层耐水性、机械性能等诸多因素.图2为n(-NC0)︰n(-0H)为1.7︰1时，PPG1000的含量对涂层耐水压的影响.

    从图2可以看出，当PPG％(质量分数)低于30％时，随PPG％增加，涂层布的耐水压值和透湿量同时增加.这是因为PPG分子链的刚性较PEG高，少量的PPG可以提高涂层膜的强度，降低涂层的亲水性，有利于释放已经渗透入涂层的水分子；而2.2述及的“隔离作用”还有利于“瞬间孔隙”的形成，这两种作用可以同时提高涂层布透湿性能.但过多使用PPG，耐水压值降低.当PPG％(质量分数)超过70％后，涂层亲水性过低，透湿能力也明显下降.

    因此，制备PU预聚体时，以PEG1000与PPG1000的混合物作为多元醇组分较为适宜.其中，PPGl000的质量分数宜为70％.

    2.5 扩链反应对涂层布防水透湿性能的影响

    1,4-丁二醇(1,4-BG)、二羟甲基丙酸(DHMPA)、水等扩链剂对PU涂层布性能的影响，见表3.

    表3 扩链剂对涂层布防水透湿性能的影响

    注：PPGl000/PEG1000混合物为多元醇组分，PPGl000含量70％(质量分数).预聚反应时n(-NC0)︰n(-0H)的量比为1.7︰1;

    扩链反应中，n(-NC0)︰n(扩链剂)的量比为0.25︰1.

    从表3中可以看出，1.2的工艺条件下，使用未经扩链的PU预聚体制备涂层剂，合成工艺简单，制备防水透湿性能较好的PU涂层布.

    2.6 PU预聚体的端基对涂层布防水透湿性能影响

    1.2.1合成的聚氨酯预聚体为端基含有可反应基团的聚合物，端基的种类与数量对交联效果的影响较大，见表4.

    表4 端基对涂层布防透湿性能的影响

    * 端羟基PU用铁锚101胶粘剂B组分交联；

    端氨基PU用HPAN交联.

    从表4中可以看出，增加预聚体端基的数量，可提高涂层布的耐水压值，但其透湿量降低.这是因为增加预聚体端基的数量，提高了涂层的有效交联密度，从而提高涂层布的耐水压值，而透湿量因交联密度上升而降低.

    实验中发现，交联剂HPAN对端氨基为脂肪伯胺基的PU有交联作用，而对利用DEOA引入端羟基的PU预聚体无交联作用.用EH、HMM等作交联剂时，也发现了相同的情况.这是因为在受热时，预聚体端羟基发生反应

    活泼氢脱除，导致与活泼氢反应的交联剂EH、HMM不能交联.

    3 结论

    用HPAN作交联剂时，以PPGl000与PEGl000的混合物为多元醇组分，其中PPG％(质量分数)为70％，按n(-NC0)︰n(-0H)为1.7︰1的比例同TDI反应后，用自制的封端剂DK封端，所得产物加水乳化，得到多端氨基的PU预聚体的水乳液.将该水乳液同HPAN混合后，得到高分子羧酸铵盐形式的水性单组分防水透湿PU涂层剂乳液.该涂层剂经烘干、焙烘交联后，可得到耐水压值约6370Pa，每平方米日透湿量2558g的涂层织物.

    参考文献：

    [1] 李绍雄 刘益军, 聚氨酯胶粘剂[M].北京,化学工业出版社。1998，237.

    [2] 华捷, 聚氨酯涂料发展之我见[J].涂料，1999，(7)：5-7.

    [3] 马访中 华载文 曹和胜, 聚丙烯腈的水解及高吸水树脂的制备[J].印染，2000，26(11)：15-17.