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水性聚氨酯以及高分子染料,这两种材料因其在应用中突出的环保性能以及优良的综合性能而得到了迅速发展,涉及的应用领域也逐渐扩大。本文首先概括了两种材料各自的合成方法与应用性能,在综合考虑两种材料合成与应用特性的基础上,基于将染料分子引入聚氨酯高分子化合物中的思路,合成了一类水性聚氨酯的高分子染料,并将其应用于皮革染色工序以及涂饰工序,探索该类染料的特性及其应用效果。本课题研究中,首先以2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)和聚丙二醇1000(PPG-1000)为原料合成聚氨酯预聚体,用2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)扩链制备端异氰酸酯基团的聚氨酯,并用带有羟基基团的酸性染料(酸性红B、酸性嫩黄G、弱酸性黑BG)对其进行封端改性处理,可以获得相应的聚氨酯型高分子染料。调整合成参数制得了分别应用于制革染色工艺的聚氨酯型高分子染料(简称PUⅠ-酸性红B、PUⅠ-酸性嫩黄G、PUⅠ-弱酸性黑BG)和应用于制革涂饰工艺的聚氨酯型高分子染料(简称PUⅡ-酸性红B、PUⅡ-酸性嫩黄G、PUⅡ-弱酸性黑BG)。在制备过程中预聚反应最优实验参数为n(-OH):n(-NCO)=1:3~1:4,加入DMPA扩链和用染料封端阶段控制体系反应参数总R值为1.1~1.2。通过红外光谱、激光粒度、色牢度分析以及热力学性能分析测试等手段对产物以及涂膜性能进行表征与研究,结果表明:酸性染料经酰胺键(-CO-NH-)能够连接在聚氨酯链端,并形成水性高分子染料;这种高分子染料分散体系的乳液平均粒径在60~160μm,可以稳定存放,满足水相染色要求;涂膜的色牢度、热力学等性能等也符合皮革涂饰的基本要求。以蓝湿革屑模拟蓝湿坯革,以PUⅠ-酸性红B、PUⅠ-酸性嫩黄G、PUⅠ-弱酸性黑BG为研究对象分别进行染色实验,并与相应小分子酸性染料对比。实验结果显示小分子染料上染率均在68%~78%之间,固色率在81%~87%之间;而聚氨酯型高分子酸性染料上染率达到92%~98%,固色率在93%以上。通过对染色革屑进行红外光谱分析、热力学分析等手段表征,研究了聚氨酯高分子酸性染料上染皮纤维时的染色机理,经化学分析得知聚氨酯型酸性染料分子上的羧基与铬鞣革纤维中铬进行配位结合,也存在羧基与铬鞣革纤维中的氨基之间的离子键形式结合,这两种主要分子间作用力将会在皮革纤维间产生一定的交联作用,最终表观为染料与革纤维的共价键结合。以PUⅡ-酸性红B、PUⅡ-酸性嫩黄G、PUⅡ-弱酸性黑BG为研究对象,将这些高分子酸性染料代替染料水应用在制革涂饰工序中,将涂膜的耐干摩擦色牢度和耐迁移性等作为检测指标分析,得出以下结论:其涂膜的耐干擦色牢度达到5级标准,耐湿擦色牢度达到4.5级以上标准,耐迁移性均达到4级以上标准,耐有机溶剂和耐干热色牢度均达到4.5级以上标准;其涂膜的中热迁移率为0.4%~1.02%。因此也证实了这种高分子酸性染料在涂膜中具有良好的色牢度等优异性能。