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系統識別號 U0002-0308201115231200
中文論文名稱 含脂肪族配方之水性PU樹脂應用於織物表面撥水處理研究
英文論文名稱 Aliphatic Group containing Aqueous-based PU Dispersion for Water-repellent Textile Treatment
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemistry
學年度 99
學期 2
出版年 100
研究生中文姓名 陳宗應
研究生英文姓名 Chung-Yin Chen
學號 698160503
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2011-07-12
論文頁數 104頁
口試委員 指導教授-陳幹男
委員-葉正濤
委員-黃繼遠
中文關鍵字 水性聚胺酯  長鏈烴  撥水織物  常溫架橋 
英文關鍵字 Aqueous PU  Long Chain Hydrocarbons  Water-Repellent Textile  Ambient Temperature Curing 
學科別分類 學科別自然科學化學
中文摘要 我們利用含浸塗佈加工的方式將水性PU塗佈在聚酯(PET)織物上,目的在將PET織物表面呈現更疏水的性質。塗佈加工過程是首先將水性聚胺酯(PU)預聚物與脂肪族撥水官能基一定比例合不同方式進行合成分散於水溶液中,並稀釋15%至5%含浸塗佈在PET織物上之後,其具有撥水官能基的水性PU分散液會在織品表面上,利用常溫硬化反應,形成化學鍵結的互穿式網狀交聯(IPN)系統,崁入織物纖維之間,其高度架橋水性PU樹脂使其固定在織物纖維間,進而提高其耐水洗性。常溫交聯型PU在最適加工條件下,經撥水加工後的織物其對水的接觸角超過135°,且經過50次洗滌後仍能維持其原有的撥水效果。
英文摘要 Polyurethane (PU) skeleton consists of hydrophobic side-chains has been known for textile water-repellency treatment. PU prepolymers with hydrophobic hydrocarbon side chains obtained from the reaction of Isophorone diisocyanate(IPDI), glycerol, a higher alcohol (e.g. cetyl alcohol), dimethylolpropanic acid (DMPA) and polytetramethylene glycol-2000 (PTMEG-2000) in various ratios. Self-curable aqueous-based PU system is prepared from these resulted PU prepolymers by conventional process with a multi-aziridine curing agent (TMPTA-AZ). The water repellent polyethylene terephthalate (PET) textile is obtained by the treatment of this aqueous PU system with various hydrocarbon side-chain contents by dipping process. Aqueous PU is self-cured on drying and its curing reaction resulted in the formation of highly cross-linked interpenetrating network (IPN). This cross-linked PU with hydrophobic side-chains anchored into fabric fibers that enhance the water washing durability of treated textiles. This treated water-repellent textile (PET) has a water contact angle over 135°only with PU containing long chain hydrocarbons side-chains without any content of
fluorine or polysiloxane.
論文目次 總 目 錄

中摘. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

英摘. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

誌謝. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

一、序論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1-1 前言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1-2 織物撥水加工的說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1-3 織物的撥水性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
1-4新世紀消費者對撥水性織物. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1-5揮發性有機成分. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..5
1-6 研究動機與目的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

二、文獻回顧. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
2-1 聚胺酯簡介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
2-1-1聚胺酯發展歷程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
2-1-2聚胺酯的基本材料. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
2-2 水性聚胺酯介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
2-2-1 水性聚胺酯類型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
2-2-2 水性PU分散液製造技術. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
2-3 次乙亞胺之介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
2-4 疏水性之介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
2-5 表面能之簡介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
2-5-1 界面張力與表面張力之簡介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
2-5-2 撥水理論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
2-6 聚對苯二甲酸乙酯纖維. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
2-7 荷葉效應. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40

三、實驗. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3-1儀器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3-2化學藥品. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3-3常溫架橋型水性聚胺酯合成步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3-3-1 DMPA-PTMEG-2000 Cetyl Prepolymer (末端型)之合成….46
3-3-2 DMPA-PTMEG-2000 Cetyl WPU分散液(末端型)之合成…47
3-3-3 IPDI-Glycerol Oligomer合成. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . 48
3-3-4 IPDI-Glycerol-Cetyl Alcohol Oligomer之合成. . . . . . . . . . .49
3-3-5 DMPA-PTMEG-2000-Cetyl Alcohol WPU分散液之合成...50
3-3-6 DMPA-PTMEG-2000 Prepolymer之合成. . . . . . . . . . . . . . .52
3-3-7 Cetyl oligomer / WPU分散液之合成 . . . . . . . . . . . . . . .53
3-4 常溫架橋型織物撥水加工. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55
3-4-1 PTMEG-DMPA-Cetyl Alcohol WPU分散液織物撥水加工55
3-4-2 PTMEG-DMPA-Stearic Acid WPU分散液織物撥水加工..57
3-5 固含量測試 (Solid Content) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58
3-6 聚胺酯預聚物異氰酸酯含量(NCO %)測定. . . . . . . . . . . . . . . . .58
3-7紅外線光譜(FT-IR)鑑定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60
3-8織物表面之靜態接觸角(Static Contact Angle)測定. . . . . . . . . . . . .60
3-9織物表面之滑動角(Sliding Angle)測定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61
3-10 織物水洗堅牢度測試(AATCC-135-2004) . . . . . . . . . . . . . . . . . .62
3-10-1洗滌流程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62
3-10-2洗滌操作條件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63

四、結果與討論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4-1常溫架橋型水性聚胺酯合成之織物撥水加工應用. . . . . . . . . . . . 64
4-2常溫架橋型織物撥水效果探討. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4-2-1含脂肪族撥水官能基水性聚胺酯末端型. . . . . . . . . . . . . . .65
4-2-2含脂肪族撥水官能基水性聚胺酯嵌段型. . . . . . . . . . . .66
4-2-3含脂肪族撥水劑與水性聚胺酯後固化型. . . . . . . . . . . . . . .67
4-2-4含脂肪族撥水官能基水性聚胺酯側鏈型. . . . . . . . . . . . . . 68
4-2-4A含脂肪族撥水官能基水性聚胺酯側鏈型塗佈率探討
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70
4-2-4B含脂肪族撥水官能基水性聚胺酯側鏈型架橋劑濃度
探討. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4-2-4C含脂肪族撥水官能基水性聚胺酯側鏈型耐水洗效果
探討. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4-2-5含脂肪族撥水官能基水性聚胺酯側鏈部分交聯型. . . . . . .85
4-2-5A含脂肪族撥水官能基水性聚胺酯側鏈部分交聯型物
理性質探討. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4-2-5B含脂肪族撥水官能基水性聚胺酯側鏈部分交聯型耐
水洗能力探討. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4-2-5C含脂肪族撥水官能基水性聚胺酯側鏈部分交聯型架
橋劑濃度探討. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

五、結論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

六、參考文獻. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101
圖 表 目 錄

Scheme 1. DMPA-PTMEG-2000 Cetyl Prepolymer (末端型)之合成. . 46
Scheme 2. DMPA-PTMEG-2000 Cetyl WPU分散液(末端型)之合成. 47
Scheme 3. IPDI-Glycerol Oligomer 之合成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Scheme 4. IPDI-Glycerol Oligomer 之合成. . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
Scheme 5. DMPA-PTMEG-2000-Cetyl Alcohol Prepolymer之合成. . .51
Scheme 6 DMPA-PTMEG-2000 Prepolymer 之合成. . . . . . . . . . . . . . 52
Scheme 7 DMPA-PTMEG-2000-Cetyl Alcohol WPU分散液之合成. . 54
Scheme 8 DMPA-PTMEG-2000 Cetyl Alcohol WPU含浸示意圖. . . . 55
Scheme 9 DMPA-PTMEG-2000 Cetyl WPU(末端)含浸示意圖. . . . . . 56
Scheme10 Stearic Acid & DMPA-PTMEG-2000 WPU含浸示意圖. . . 57















表2-5-1 表面結構所具有的官能基之表面張力. . . . . . . . . . . . . . . . . 36
表3-10-2a 洗滌和乾燥程序. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
表3-10-2b 洗衣機條件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
表3-10-2c 乾衣機條件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63
表4-1 Contact Angle of B-Cetyl-WPU 17.2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66
表4-2 Physical Properties of ST-WPU 17.3(15%) . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
表4-3 Contact Angles of S-Cetyl-WPU 19.3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69
表4-4 Contact Angles of S-Cetyl-WPU 18.6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69
表4-5-1 S-Cetyl-WPU 18.6 Contact Angle to TMPTA-AZ . . . . . . .71
表4-5-2 S-Cetyl-WPU 18.6 Sliding Angle to TMPTA-AZ. . . . . . . . . .72
表4-6-1 S-Cetyl-WPU 18.6 Physical Properties to TMPTA-AZ(5%) . . 75
表4-6-2 S-Cetyl-WPU 18.6 Physical Properties to TMPTA-AZ(10%). .76
表4-6-2 S-Cetyl-WPU 18.6 Physical Properties to TMPTA-AZ(15%) 77
表4-7-1 S-Cetyl-WPU 18.6 Washing Durability to TMPTA-AZ(0.75N)80
表4-7-2 S-Cetyl-WPU 18.6 Washing Durability to TMPTA-AZ(1.5N) .82
表4-7-3 S-Cetyl-WPU 18.6 Washing Durability to TMPTA-AZ (3.0N).83
表4-8-1 Physical properties of S-Cetyl-WPU 13.9 (TMPTA-AZ 0N). .88
表4-8-2 Physical properties of S-Cetyl-WPU 13.9 (TMPTA-AZ 0.5N).90
表4-8-3 Physical properties of S-Cetyl-WPU 13.9 (TMPTA-AZ 1.0N).92
表4-8-4 Physical properties of S-Cetyl-WPU 13.9 (TMPTA-AZ 2.0N) 94
表4-8-5 SP-Cetyl-WPU 13.9 Physical Properties to TMPTA-AZ(15%)
After 50th Washing Cycles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96

































圖2-1 羧酸鹽和磺酸鹽型乳化劑. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
圖2-2 陰離子型水性聚胺酯分散液. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
圖2-3 陽離子型水性聚胺酯分散液. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
圖2-4 非離子型水性PU分散液. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
圖2-5 丙酮加工法流程圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
圖2-6 預聚物離子混合加工法流程圖 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24
圖2-7 熱融加工法流程圖 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
圖2-8 酮亞胺/酮連氮加工法流程圖 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
圖2-3-1 Aziridine質子化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
圖2-3-2 Aziridine自身聚合示意圖 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
圖2-3-3 Aziridine鏈延長示意圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
圖2-3-4 PEI基本架構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
圖2-3-5 Linear Polyethyleneimine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
圖2-5-1 液體滴落固體表面的接觸角大小 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
圖2-6-1 聚對苯二甲酸乙酯化學結構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
圖2-7-1 荷葉表面上的污物被水帶走的實際微觀情形 . . . . . . . . . . 42
圖3-8-1 接觸角測試示意圖 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61
圖3-9-1 測量水滴滑動角的滑動情形 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
圖4-1a S-Cetyl-WPU 18.6 Contact Angle to Coating Raito (0.75N) . . .71
圖4-1b S-Cetyl-WPU 18.6 Contact Angle to Coating Raito (1.5N) . . . .71
圖4-1c S-Cetyl-WPU 18.6 Contact Angle to Coating Raito (3.0N). . . . 72
圖4-2a S-Cetyl-WPU 18.6 Sliding Angle to Coating Raito (0.75N) . . . 72
圖4-2b S-Cetyl-WPU 18.6 Sliding Angle to Coating Raito (1.5N) . . . . 73
圖4-2c S-Cetyl-WPU 18.6 Sliding Angle to Coating Raito (3.0N) . . . . 73
圖4-3a Contact Angle of S-Cetyl-WPU 18.6 (5%) . . . . . . . . . . . . . . . . .75
圖4-3b Sliding Angle of S-Cetyl-WPU 18.6 (5%). . . . . . . . . . . . . . . . . 75
圖4-4a Contact Angle of S-Cetyl-WPU 18.6 (10%) . . . . . . . . . . . . . . . .76
圖4-4b Sliding Angle of S-Cetyl-WPU 18.6 (10%) . . . . . . . . . . . . . . . .76
圖4-5a Contact Angle of S-Cetyl-WPU 18.6 (15%). . . . . . . . . . . . . . . . 77
圖4-5b Sliding Angle of S-Cetyl-WPU 18.6 (15%). . . . . . . . . . . . . . . . 77
圖4-6a S-Cetyl-WPU 18.6 Washing Durability 0.75N (Coating Ratio) .81
圖4-6b S-Cetyl-WPU 18.6 Washing Durability 0.75N (Wetting Time) .81
圖4-7a S-Cetyl-WPU 18.6 Washing Durability 1.5N (Coating Ratio) . .82
圖4-7b S-Cetyl-WPU 18.6 Washing Durability 1.5N (Wetting Time) . .83
圖4-8a S-Cetyl-WPU 18.6 Washing Durability 3.0N (Coating Ratio) . .84
圖4-8b S-Cetyl-WPU 18.6 Washing Durability 3.0N (Wetting time) . . 84
圖4-9-1a Contact Angles of SP-Cetyl-WPU 13.9 (0N) . . . . . . . . . . . . . 88
圖4-9-1b Sliding Angles of SP-Cetyl-WPU 13.9 (0N) . . . . . . . . . . . . . 89
圖4-9-1c Wetting Time of SP-Cetyl-WPU 13.9 (0N). . . . . . . . . . . . . . . 89
圖4-9-2a Contact Angles of SP-Cetyl-WPU 13.9 (0N). . . . . . . . . . . . . .90
圖4-9-2b Wetting Time of SP-Cetyl-WPU 13.9 (0.5N) . . . . . . . . . . . . . 91
圖4-9-2c Sliding Angles of SP-Cetyl-WPU 13.9 (0.5N). . . . . . . . . . . . .91
圖4-9-3a Contact Angles of SP-Cetyl-WPU 13.9 (1.0N). . . . . . . . . . . 92
圖4-9-3b Sliding Angles of SP-Cetyl-WPU 13.9 (1.0N). . . . . . . . . . . . .93
圖4-9-3c Wetting Time of SP-Cetyl-WPU 13.9 (1.0N) . . . . . . . . . . . . . 93
圖4-9-4a Contact Angles of SP-Cetyl-WPU 13.9 (2.0N) . . . . . . . . . . . .94
圖4-9-4b Sliding Angles of SP-Cetyl-WPU 13.9 (2.0N) . . . . . . . . . . . . 95
圖4-9-4c Wetting Time of SP-Cetyl-WPU 13.9 (2.0N). . . . . . . . . . . . . .95
圖4-9-5a Contact Angle of SP-Cetyl-WPU 13.9 (15%). . . . . . . . . . . . . 97
圖4-9-5b Sliding Angle of SP-Cetyl-WPU 13.9 (15%). . . . . . . . . . . . . .97
圖4-9-5c Wetting Time of SP-Cetyl-WPU 13.9 (15%) . . . . . . . . . . . . . .98

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