化纖親水硅油的合成與應(yīng)用研究

摘  要：采用烯丙基環(huán)氧基聚醚、端氫硅油、異丙醇為原料，在氯鉑酸催化的條件下，先合成出了端環(huán)氧基聚醚封端硅油，該中間體繼續(xù)與親水聚醚胺進(jìn)行開環(huán)擴(kuò)鏈反應(yīng)，制備出了一種親水硅油。使用乳化劑對該親水硅油進(jìn)行乳化后，得到親水柔軟整理劑，考察了經(jīng)過該整理劑對全棉織物/滌棉織物整理后的親水性、手感、白度等多種性能

1．前言

      化纖親水柔軟劑長期以來一直以聚酯聚醚嵌段聚合物的水溶液為主，該類型柔軟劑的結(jié)構(gòu)主要有兩部分組成：聚酯結(jié)構(gòu)作為錨基用于對化纖纖維的錨固作用，大分子聚醚基團(tuán)提供親水性基團(tuán)，同時提供一些柔軟性手感。但隨著日益要求多元化的需求，該產(chǎn)品的缺點也日益凸顯，只有柔軟手感，滑爽性能無法提供。

      親水類柔軟劑一般為側(cè)鏈聚醚改性硅油以及側(cè)鏈聚醚改性氨基硅油類為主，這類柔軟劑親水性較好，但整理后織物的手感不理想，其主要結(jié)構(gòu)為三元嵌段，所有功能性官能團(tuán)全部位于有機(jī)硅主鏈，使用其整理后的織物不僅具有較好的親水性，同時具有比較突出的手感。

2．反應(yīng)流程

詳見流程圖。

3．試驗

      3.1 材料及儀器

      織物：腈棉紗線、棉半漂布、不親水滌綸針織布、T/C針織布。

      原料：端含氫硅油；烯丙基環(huán)氧基聚醚；親水聚醚胺；氯鉑酸；異丙醇，工業(yè)級；冰醋酸。

      設(shè)備：三口燒瓶（連接攪拌裝置），減壓脫低整套裝置，冷凝器，溫度計，電熱套，水浴鍋等，WSD型白度儀，真空泵，紅外光譜儀，電熱干燥箱，標(biāo)準(zhǔn)光源對色燈箱；白度儀。

3.2 整理工藝

      3.2.1 浸軋工藝

      試樣：不親水滌綸針織布、T/C針織布。

      配方及工藝：

      柔軟劑           10g/L

      一浸一軋（軋余率：棉半漂布87%，不親水滌綸針織布98%，T/C針織布72%）→烘干（160℃*2min）。

      3.3 測試

      3.3.1 柔軟性

      采用實物手感評定法，以6～10個受過訓(xùn)練的人員組成一個小組評估織物手感。先通過排序法決定手感**和最差的織物，再將手感**的織物定為5分，最差的織物定為1分，其余織物的手感通過參照法得出，分為1～5級，數(shù)值越大越柔軟。

      3.3.2 白度測定

      用白度儀測試整理織物的光譜反射率，與空白布相比，整理后織物的白度越大，即與空白織物的白度差值越小，織物的色變程度越小。

      3.3.3 親水性

      將經(jīng)整理劑整理后的織物平鋪在桌面，用標(biāo)準(zhǔn)滴管（25滴/ml）從離織物3cm高度處向織物表面滴1滴水，從靜態(tài)情況下測定織物吸收完1滴水所用的時間。

      3.3.4 耐洗性

      全自動縮水率試驗機(jī)，家用洗滌劑1g/L,40℃水洗30min，水洗5次，測試水洗后織物的手感，親水性。

      3.3.5 離心穩(wěn)定性

      在15mL離心試管內(nèi)加入2mL乳液，放入離心沉淀器里；以3000r/min的速度旋轉(zhuǎn)30min后，樣品不分層，屬質(zhì)量穩(wěn)定。

      3.3.6 耐酸堿穩(wěn)定性

      在燒杯中放入3g乳液，97mL醋酸溶液（PH=2～3）或97mL純堿溶液（PH=11～12），搖勻；靜置24h后，樣品無分層、破乳現(xiàn)象，屬質(zhì)量穩(wěn)定。

      3.4 化纖親水硅油的合成

      將計量的端氫硅油、異丙醇等依次加入到裝有回流冷凝器，攪拌器和溫度計的四口燒瓶中，攪拌并緩慢升溫至60～65℃，加入催化劑氯鉑酸（1%的氯鉑酸異丙醇溶液），并保溫20分鐘，然后升溫至85℃，保溫反應(yīng)2小時；隨后通過恒壓漏斗加入計量的親水聚醚胺、冰醋酸，升溫到82保溫反應(yīng)5小時，降溫至40℃，降溫，出料，產(chǎn)物即為黃色透明化纖親水硅油。

      取24克上述制備的化纖親水硅油于燒杯中，加入總質(zhì)量2%的冰醋酸,6克乳化劑TO-5，攪拌并緩慢加水乳化，乳化成固含量為20%的乳液，乳液外觀為藍(lán)光透明液體。

      3.5 化纖親水硅油的乳化

      取24克上述制備的化纖親水硅油于燒杯中，加入總質(zhì)量2%的冰醋酸,6克乳化劑TO-5，攪拌并緩慢加水乳化，乳化成固含量為20%的乳液，乳液外觀為藍(lán)光透明液體。

4．結(jié)果與討論

      4.1 化纖親水硅油的紅外光譜分析

由圖1所示的化纖親水硅油的硅油的紅外光譜圖可以看出，主鏈嵌段親水性氨基硅油中Si- O-Si結(jié)構(gòu)對應(yīng)的特征吸收峰為1022.34cm-1, 1261.14cm-1處為Si-CH3與Si-CH2中C-H鍵的彎曲振動吸收峰，801.52cm-1處為Si-CH3結(jié)構(gòu)中Si-C的彎曲振動吸收峰,1093.41cm-1是C-O-C結(jié)構(gòu)的特征吸收峰,1410.81cm-1和2963.05cm-1是-CH3,-CH2中飽和C-H鍵的彎曲震動吸收峰,3362.5cm-1處為羥基、仲氨基中的O-H，N-H彎曲振動吸收峰。

      4.2 乳液穩(wěn)定性

      不同有機(jī)硅整理劑的穩(wěn)定性狀況見表1。表1中的數(shù)據(jù)為固含量為20%的各種硅油乳液的30g/L的工作液的各種穩(wěn)定性測試數(shù)據(jù)。

      從表1可知，聚醚改性硅油乳液的耐酸穩(wěn)定性與離心穩(wěn)定性都良好，但是其耐堿穩(wěn)定性卻不理想，這也是與其結(jié)構(gòu)相關(guān)，其結(jié)構(gòu)中的聚醚基團(tuán)與有機(jī)硅連接基在堿性條件下很容易水解，導(dǎo)致其不穩(wěn)定。

      而化纖親水硅油與側(cè)鏈聚醚氨基硅油的乳液具有較高的穩(wěn)定性，在酸性（PH=2～3）、堿性（PH=11～12）及離心作用下，乳液的外觀均未發(fā)生改變，保持了原有的藍(lán)光透明的狀態(tài)，這些都與其特有的主鏈聚醚嵌段改性的結(jié)構(gòu)所決定的。其結(jié)構(gòu)中的氨基在酸性條件下可以與酸形成銨鹽，使其極性增加，從而更好地溶解在水中，而其結(jié)構(gòu)中的陽離子基團(tuán)則在堿性條件下具有較好的穩(wěn)定性。較好的穩(wěn)定性能，決定了其具有較廣的使用范圍。

4.3 白度

從表2可以看出，整理后的織物白度都有一定程度的降低，其中，聚醚改性硅油柔軟劑中不含有氨基基團(tuán)，不存在氨基被氧化而產(chǎn)生發(fā)色基團(tuán)，其白度下降最小；化纖親水硅油與側(cè)鏈聚醚氨基的白度相當(dāng)，這是因為兩者的結(jié)構(gòu)中的氨基官能團(tuán)的活潑氫，一種是季銨鹽基團(tuán)，一種被其他基團(tuán)取代，具有較強(qiáng)的抗氧化能力，經(jīng)其整理的織物抗黃變性強(qiáng)，白度下降較小。

      4.4 親水性

由表3可知，化纖或化纖混紡織物經(jīng)過親水性有機(jī)硅整理劑處理后織物的親水性與未處理的織物相比均有較大提升。其中，經(jīng)過聚醚改性硅油整理后的織物親水性能好的原因是整理劑分子中含有聚醚基團(tuán)，可以提高或維持織物的親水性能；但經(jīng)其整理后的滌棉織物經(jīng)過5次水洗后，親水性下降較大；這是因為其分子結(jié)構(gòu)中不含有可以與纖維牢固結(jié)合的基團(tuán)，所以其耐洗性能較差；經(jīng)過化纖親水硅油整理后的織物也具有良好的親水性，這是與其結(jié)構(gòu)中含有大量聚醚基團(tuán)以及陽離子季銨鹽基團(tuán)是決定的，其具有好的親水性能，同時與纖維的結(jié)合能力也較強(qiáng)，所以其耐水洗性能較好；經(jīng)側(cè)鏈聚醚氨基硅油整理后的織物親水性比聚醚硅油差，這是因為其分子結(jié)構(gòu)中不但具有大量仲胺鹽基團(tuán)，還具有聚醚基團(tuán)，親水性能好，同時也具有一定的耐洗性能。

      4.5 手感

從表4中數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過各種整理劑整理后的織物手感均有不同程度的提高，其中，經(jīng)化纖親水硅油與側(cè)鏈聚醚氨基硅油的手感與耐洗性能較好，聚醚改性硅油的較差。

      當(dāng)整理劑吸附于織物后，在纖維之間及織物表面上形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子薄膜，可以避免纖維與纖維之間、紗線與織物之間的直接接觸，降低織物中紗線摩擦系數(shù)，使纖維在較小的外力作用下就能發(fā)生相對滑動而產(chǎn)生平滑作用，使織物易變形而產(chǎn)生柔軟手感?；w親水硅油與側(cè)鏈聚醚氨基硅油中含有高極性基團(tuán)，可與纖維中的羥基、羧基、酯基、酰胺基等相互作用，形成牢固的定向吸附與取向。所以其手感與耐洗性均高于聚醚硅油整理后的織物。

      從柔軟性對比實驗可以看出，在不親水滌綸針織布與T/C針織布上，化纖親水硅油手感**，側(cè)鏈聚醚硅油手感次之，聚醚硅油最差。

5．結(jié)論

      （1）先合成出了端環(huán)氧基聚醚封端硅油，該中間體繼續(xù)與親水聚醚胺進(jìn)行開環(huán)擴(kuò)鏈反應(yīng)，制備出了一種化纖親水硅油。

      （2）使用乳化劑對該親水硅油進(jìn)行乳化后，得到親水柔軟整理劑，考察了經(jīng)過該整理劑對滌綸/滌棉織物整理后的親水性、手感、白度等多種性能，結(jié)果表明：該親水硅油具有良好的綜合應(yīng)用性能，是一類化纖用親水性改性有機(jī)硅整理劑。