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親水性氨基硅油的合成制備

點擊:1523 日期:[ 2014-04-26 22:55:13 ]
作者:徐迪方,羅巨濤,楊興明,項麗萍 目前,市場上大量廣泛使用的織物后整理劑以氨基硅油乳液或微乳液為主。但這些后整理劑普遍存在以下不足:容易破乳、漂油、粘輥,會在被加工織物上產生難以去除的硅油漬;配伍性差,與其它助劑(尤其是電荷相異的助劑)難以同浴使用;易黃變、色變性大;被整理后的織物疏水、不吸汗;有些被整理織物在縫紉時容易產生針洞甚至撕破織物;油膩感強,手感不干爽等。上述不足限制了氨基硅油在高檔面料(羊絨、毛、棉等天然織物)上的應用。而親水性氨基硅油卻能解決上述問題。但是,要在疏水的氨基硅油分子上接枝親水性基團,技術難度較大,采用一般的硅油合成方法難以達到。我們采用獨特的配方設計和特殊的工藝路線,先對聚硅氧烷進行聚醚、環氧、氨基等多重改性,再進行酰化反應,可制得親水性極好的酰化氨基聚醚硅油(以下簡稱親水性氨基硅油)。1 實驗1.1 主要原料及儀器 八甲基環四硅氧烷(D4):德國Wacker化學;含氫硅油:活性氫質量分數1.6% ,進口;含環氧基單體:進口。紅外光譜儀:AVATAR 360,美國Nioolet公司;Data~lor測色儀:SF 300,美國Datacoor公司。1.2 親水性氨基硅油的合成 親水性氨基硅油的制備工藝流程如圖1所示。 將計量好的D4、含氫硅油、含環氧基單體、強酸類催化劑、調聚劑和交聯劑依次投入反應釜中,反應溫度保持在70℃ ,進行開環共聚,得到低聚體;再由低聚體和不飽和聚醚在弱酸的作用下。進行接枝共聚,生成含環氧基的聚醚硅油;然后用仲胺胺化,得到氨基改性聚醚硅油;加入乙酸酐進行酰化反應,得到親水性氨基硅油。后兩步反應均在N2保護下進行。1.3 氨基硅油的乳化在反應釜內投入計量好的親水性氨基硅油,然后開動攪拌。滴加計量好的冰醋酸和去離子水,即可自乳化得到氨基硅油乳液。1.4 應用工藝 浸漬工藝:柔軟劑用量2%~5%(owf),常溫浸漬15~30 min→脫水→烘干(100℃)或直接定型。 浸軋工藝:柔軟劑用量20~50 g/L,浸軋→定型。 cm-1和3 057.53 cm-1附近的C—C雙鍵的特征吸收峰已完全消失(半成品稍過量)。這說明反應是朝著硅氫加成方向進行的,而不是不飽和鍵間的聚合,且反應進行得很充分完全。2.2 親水性氨基硅油合成工藝條件的選擇2.2.1 反應溫度的影響 對于調聚反應,反應溫度越高,開環聚合的速度就越快;但由于交聯劑是多官能團單體,反應溫度過高,容易發生爆聚和沖料,反應難以控制;反應溫度過低,反應速度過緩,達到反應終點所需的時間則太長。經過多次實驗發現,反應溫度為80℃時反應較為平穩,反應時間為5 h,催化劑用量為總投料質量的0.1%。 對于硅氫加成反應,由于是放熱反應,所以反應溫度越高,反應時溫度上升越快,反應難以控制,易破壞環氧單體,且會導致產品顏色變深,從而影響產品質量;反應溫度過低,反應速度太慢,使達到反應終點的時間過長,從而影響生產效率(如圖6)。故較為理想的反應溫度為95℃ ,反應時間3~4 h,催化劑用量為總投料質量的0.03%。 對于胺化反應,反應溫度過高,仲胺損失較大,刺激性氣味較大,且產品黃變嚴重;反應溫度過低,胺化反應時間較長,影響生產效率。較佳的工藝條件是反應溫度110~140℃ ,N2保護,反應時間5~8 h。對于酰化反應,反應溫度太高,會影響產品的外觀;反應溫度過低,則導致酰化不完全。故選定酰化反應溫度為70~100℃ ,反應時間3 h;同時進行N2保護。2.2.2 不飽和聚醚用量對親水性氨基硅油性能的影響 圖7是聚醚用量對親水性氨基硅油性能的影響。 由圖7可見,不飽和聚醚的用量越小,用其整理的織物親水性越差,產品的穩定性也越差;不飽和聚醚的用量越大,用其整理的織物親水性越好;再繼續增大不飽和聚醚的用量,織物的親水性能基本不變,但手感變差。我們選定其與含氫硅油的質量比為1:1。2.2.3 仲胺用量對親水性氨基硅油性能的影響 仲胺用量越大,用其改性后的產品整理的織物手感越柔軟、滑爽,但油感較重、發粘,且黃變和色變加大;仲胺用量太小,則織物的手感太粗糙、發澀。仲胺用量以聚醚硅油質量的1% ~2%為宜。2.2.4 酰化程度對親水性氨基硅油性能的影響圖8為酰化程度對氨基硅油性能的影響。 由圖8可見,酰化程度越高,用其整理的織物黃變越小,但產品的顏色會加深,且手感變差;酰化程度太低,織物的黃變相對較大。最佳酰化程度為50% ~70%。2.3 親水性氨基硅油乳液的性能主要從乳液的環境適應性,被整理織物的手感、黃變、色變、親水性等幾個方面進行考察。表1為親水性氨基硅油乳液的性能。2.3.1 乳液的復配穩定性 將親水性氨基硅油乳液與抗靜電劑TF-480、固色劑TF-232、柔軟劑(TF-437、TF-438)進行復配,放置24 h后,用循環泵以300 mL/min的速度循環2 h;然后在真空泵上用緊密黑色織物抽濾,觀察織物上的殘留物。如果沒有析出物,表明復配溶液穩定。實驗證明,親水性氨基硅油乳液與各種離子型助劑均具有良好的復配穩定性。實際生產中可根據需要進行多種柔軟劑的復配,并可實現柔軟、固色、抗靜電等一浴法加工,縮短了工藝流程。2.3.2 乳液的環境適應性 在經過多道化學工序后,布面不可避免地會殘留少量未完全洗除的雜質(如酸、堿、鹽等);柔軟劑在貯存過程中還會受振動沖擊、高低溫變換等因素影響。所以,要求柔軟劑能在上述情況下保持一定的穩定性。親水性氨基硅油的環境適應性較寬,可確保在常規條件下穩定使用(如表2所示)2.3.3 被整理織物的手感及親水性 織物經一定濃度的柔軟劑整理后,自然回潮2 h;讓多位有經驗的手感評價專家從不同的角度評價織物的手感,5級最好,1級最差。親水性采用水滴滲透法,測量水滴完全滲透時間,s。手感及親水性評價結果見表3。 2.3.4 黃(色)變性 氨基硅油整理織物的黃變(或色變)機理較復雜,目前多數研究者認為黃變的主要原因是由氨基被氧化形成發色團引起。自制親水性氨基硅油由于采用了特殊的結構設計,其酰氨基具有較強的抗氧化能力;與常規的親水性硅油相比,經其整理的織物抗黃(色)變性強(見表4) 2.3.5 被整理織物的耐洗性 親水性柔軟劑由于具有親水基團,在為織物提供吸水性的同時,也容易在洗滌時脫離織物,從而引起織物手感和親水性的大幅下降。反應型親水性氨基硅油由于具有可與纖維發生反應的活性基團,所以耐久性提高;通常硅油上的活性基越多,與纖維結合越牢固,耐洗性越好。將布樣進行柔軟整理后,用AATCC-135標準洗滌程序洗滌10次,評價洗后布樣的手感和親水性,結果見表5。 由表5可以看出,自制親水性氨基硅油的耐洗性明顯好于常規親水性硅油。3 結論 以八甲基環四硅氧烷、含氫硅油等為原料,采用獨特的配方設坪吞厥獾墓ひ章廢擼棖餳映傘坊Ⅴ;嘀馗男裕頻們姿約玫陌被櫨筒貳W羆押銑商跫汗棖餳映煞從銜硐氳姆從ξ露任?5℃ ,反應時間3~4 h,催化劑用量為總投料質量的0.03%;胺化反應溫度110~140℃ ,反應時間5~8 h;酰化反應溫度70~100℃ ,反應時間3 h。仲胺用量為聚醚硅油質量的1%~2% ;最佳酰化程度為50%~ 7O%。應用結果表明:該產品適用于全棉、混紡及人造纖維等多種織物,賦予織物極佳的親水性、優良的柔軟性及豐滿的手感;黃變度極低甚至無黃變,耐洗性佳。
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