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聚醚嵌段亲水性氨基硅油的结构表征与性能评价

放大字体  缩小字体 发布日期:2011-03-16  浏览次数:1025
核心提示:聚醚嵌段亲水性氨基硅油的结构表征与性能评价

常见的亲水性氨基硅油多是以烯丙基聚醚为原料,在普通双氨基硅油上通过迈克尔加成反应将具有较大分子量的聚醚引入氨基硅油的大分子侧链而形成的[1]。较大分子量的聚醚链段的引入虽可改善整理织物的吸湿性和抗静电性,但位于氨基硅油大分子侧链并部分取代了伯氨基的聚醚链节亦不可避免地导致了整理织物柔软性和平滑感的下降[23]。这是由于较大摩尔质量的聚醚不但消耗了氨基硅油上极性较强的伯氨基,同时还会“包裹或遮蔽”氨基和有机硅的柔性主链,从而降低了氨基与织物的定向吸附作用[4-6]

聚醚嵌段亲水性氨基改性有机硅柔软剂为无侧链的高分子量线性结构,其大分子主链柔顺、分子间作用力小、表面张力极低,并对织物具有较强的吸附能力[7]。此外,由于在有机硅大分子主链上直接嵌入了仲氨基和聚醚链节,不仅赋予了产品良好的亲水性,而且主链上的仲胺基团不仅有助于柔软剂在织物上的定位吸附,其对氮原子亦具有更强的封闭作用。因此,相对于传统亲水性氨基硅油,聚醚嵌段氨基硅油柔软剂处理后的织物即便经受高温,也不会出现明显黄变[8]

本课题就自制的聚醚嵌段亲水性氨基硅油柔软剂RH-NB-8098的应用性能进行了研究和评价。

1试验

1.1织物、药品及仪器

纯棉针织布:本光漂白针织布为罗纹组织结构,215.7g/m230ˊs×66-68〞;色布为活性红X3B染色,染料用量2%o.w.f.)。

主要试药剂:八甲基环四硅氧烷D4(江西星火有机硅厂)、含氢硅油(江西嘉懿新材料有限公司)、活性聚醚I及活性聚醚Ⅱ(杭州包尔得有机硅有限公司)、铂催化剂(宁波润禾化学工业有限公司),其他药品均为化学纯试剂。

主要仪器设备:WSB-3A智能数字白度计(宁波)、PHS-3C精密酸度计(上海)、M508柔软度测试仪(青岛)、ADCI全自动测色色差计(北京)、Nexus870傅立叶变换红外光谱仪(美国)。

1.2实验方法

聚醚嵌段氨基硅油的制备:将计量的含氢硅油、D4、异丙醇与活性聚醚I投入反应器中,搅拌升温到80℃并加入部分铂催化剂,升温至95-100℃后保温反应30min;随后,在60min内滴加过量的活性聚醚Ⅱ并滴加剩余的铂催化剂;待反应体系变透明后,继续保温反应60min;降温得淡黄色或黄绿色粘稠液体,即为聚醚嵌段亲水化氨基聚硅氧烷柔软剂RH-NB-8098

织物的柔软整理:将织物在柔软剂用量为0-10% (o.w.f.)、浴比为1:10pH5-9的柔软处理浴中于一定温度下(30-70)浸渍处理20min;脱水后,再于80-120下烘干。

正交实验:在单因素试验的基础上,采用四因素三水平(L34)正交实验对柔软整理工艺条件作用于织物整理效果的显著性水平进行分析。

1.3测试方法

柔软度:将整理织物沿经向裁剪为2×10cm的条状试样,在织物柔软度测试仪上测试其柔软性,取三次测试的平均值为其柔软度数据;较小的柔软度数值意味着较好的柔软性,单位cm

亲水性:参照AATCC79-1986标准,将正常回潮的试样平放,在滴管头部距布面lcm处滴下一滴蒸馏水,开始计时至水滴的光反射现象消失为止。以在布面不同部位4次测定的平均值衡量布样的亲水性能,单位秒。

白度:每块试样在不同部位保持经纬方向一致的情况下测定4次白度,以其平均值表示试样白度,单位%

色变:将经柔软处理后的织物与原样进行比较,由测得的La*b*值,根据CIE LAB色差公式[CIE1976色差式(La*b*],分别计算织物的深度差△L、色相差△H和艳度差△C

2结果讨论

2.1柔软剂结构表征

自制柔软剂红外谱图中,2962.1cm-l处的高强吸收峰和2854.Ocm-l处的宽强吸收峰归属为V-CF31400-1500cm-l处的两个弱/中强吸收峰归属为 -CF3 -CH2-; 1257.3cm-1处的高强吸收峰归属为 -Si-Me; 1006.7cm-1处的宽强双肩叠峰归属为v-c-o-c-V-Si-O-Si-; 1787.Ocm-l处的极弱吸收峰归属为残余单体及分子结构中的v-c=o; 900cm-l以下为有机硅特有吸收峰指纹区。

需要强调的是:不同于普通氨基改性硅油,在高于3000cm-l的位置不存在呈现锐角/双肩特征的吸收峰,谱图中3200cm-1左右的弱宽吸收峰只能归属为V-OHV-NH-。因此,可认为自制的亲水性氨基硅油柔软剂分子结构中无-NH2存在;1577.5cm-l处中弱强度的吸收峰则归属为 -NH-

鉴于以上分析,可认为自制的有机硅柔软剂产品为不含侧伯胺基,而仅在柔软剂大分子主链上含有仲胺基的聚醚、氨基化合物和有机硅的三元嵌段线性亲水化氨基硅油。

2.2柔软剂的应用性能

2.2.1处理浴pH对柔软整理效果的影响

整理织物的白度受整理浴酸碱度的影响并不显著,尤其是在pH7以下时更是如此,这与柔软剂分子中活性较低的仲氨基( -NH2-)有关。此外,整理浴酸碱度对整理织物柔软度和亲水性的影响在不同的pH范围具有不同的效果。在不同酸碱度下,纤维素纤维与含-NH-的柔软剂具有不同的带电状态。柔软浴pH越高,纤维的负电性越强,而助剂的正电性越弱,即在不同pH下,柔软剂与纤维间存在不同的相互作用。因此,处理浴酸碱度对整理织物柔软性和亲水性的贡献存在最佳pH范围。

根据以上分析,我们认为在柔软浴酸碱度为pH6左右时,织物将获得最佳的柔软整理效果。

2.2.2柔软剂用量对柔软整理效果的影响

不难理解的是:助剂的用量较大时(>5-6%),整理织物的白度会有较为明显的降低;同时,整理织物的柔软性对助剂用量的多少也具有较为显著的敏感性。然而,为什么助剂用量对整理织物可润湿性的影响却在不同用量范围具有不同的显著性?当助剂用量较小时(≤1%),整理织物的亲水性几乎不受影响;而当助剂用量超过3%以后,织物的亲水性便维持在一个几乎不变的较低水平。我们认为,这与助剂在不同用量下具有不同的成膜连续性有关。较高的助剂用量有利于其形成连续的薄膜,此时整理织物的亲水性不会受成膜厚度的影响;助剂用量小到不足以形成连续薄膜时,水便具有了扩散通道,因此整理织物的亲水性接近原布。

在柔软剂用量为3-4%时,整理织物将获得最佳且稳定的综合性能。

2.2.3处理浴温度对柔软整理效果的影响

2.2.1中的分析,处理浴温度(<500C)对整理织物的白度具有一定影响,但并不非常显著。处理浴温度越高,尽管助剂对织物的润湿和渗透能力获得提升,却不利于助剂对织物的吸附。因此,受助剂吸附性能和扩散能力的影响,处理浴温度对整理织物柔软度的贡献存在最佳范围。与此相呼应的是,当处理浴温度为400C时,由于助剂对织物的吸附与扩散能力获得了最佳的平衡,在整理织物获得最佳手感效果的同时,其可润湿性却最差。

2.2.4烘干温度对柔软整理效果的影响

lOO以下,助剂热稳定性优异;但在高温条件下,整理织物有一定黄变。在确定的烘燥时间内,整理织物的烘干温度越高,线性高分子有机硅柔软剂的成膜越加规整且弹性增加,导致整理织物柔软度降低。值得注意的是:烘干温度不同,助剂具有不同的成膜能力和皮膜完整性,对整理织物的润湿性能亦具有不同影响。温度较低时,烘干温度越高,柔软剂成膜性越好,导致整理织物亲水性下降;烘干温度过高时,由于助剂发生了快速且不均匀地收缩并成膜,易导致皮膜缺陷增多且连续性下降,使得整理织物亲水性得到改善。

很明显,采用90左右对整理织物进行烘干,织物将具有最佳的柔软整理效果、白度水平和适宜的烘燥效率。

2.2.5柔软整理工艺对柔软整理效果影响的显著性

根据单因素实验结果,分别取处理浴pH567;助剂用量345%;处理浴温度304050和整理织物烘干温度8090l0O进行正交实验,并对实验结果进行方差分析。

将表5中各工艺因素作用于整理织物不同性能指标的F值与F临界值(F0.05F0.01)相比可知:在相对合理的工艺范围内,以RH-NB-8098对棉织物进行柔软整理,除处理浴pH、处理浴温度和烘干温度对整理织物白度具有较为显著的影响外,整理织物的颜色、色光、柔软度及亲水性几乎不受工艺条件的影响,即织物柔软整理的综合效果对处理工艺波动的耐受性极强。

3结论

3.1聚醚嵌段亲水化氨基改性聚硅氧烷柔软剂的最佳应用工艺条件为:处理浴pH6、处理浴温度40、柔软剂用量3-5% o.w.f)、整理织物烘干温度90;在此工艺条件下,整理织物在获得优异柔软手感的同时,其亲水性、色泽或白度并无明显改变;

3.2聚醚嵌段亲水化氨基改性聚硅氧烷柔软剂适用对象宽泛,其高吸尽和低泡性使之可用于纱线染色、卷染、绳状、桨叶式、滚筒和溢流机中;

3.3除整理浴温度、酸碱度及烘干温度对聚醚嵌段亲水化氨基改性聚硅氧烷柔软剂整理织物的白度具有相对较为明显的影响外,整理织物的色泽、手感和亲水性等主要应用性能对整理工艺变化的耐受性极强;

3.4相对于普通聚醚氨基硅油,聚醚嵌段亲水化氨基改性聚硅氧烷柔软剂较强的抗泛黄性使之适于较长时间和较高温度的后焙固工艺。

 

参考文献:

[1]李原,刘晶潇,万嵘.亲水性氨基硅油的制各与应用性能研究[J].印染助剂,200825(5):19-21.

[2]单巨川,郑庆康,曾凡超.官能团对有机硅柔软剂结构和性能的影响[J].针织工业,2008:(6):56-59.

[3]罗巨涛,姜维利.纺织品有机硅及有机氟整理[M].北京:中国纺织出版社,199937

[4]张晓红,黄小军,新型低黄变改性氨基硅油柔软剂的合成及应用[J].印染助剂,200522(2):7-10.

[5]李光亮.有机硅高分子化学[M].北京:科学出版社,1998:3;27

[6]杨金胜,李承业,付学红等,高活性氢硅加成反应用催化剂的合成及应用[J].有机硅材料,200620(1):26-28.

[7]王国森,夏建明,刘人民等,有机硅整理剂的最新发展[EB/OL].印染在线,2009-08-18.

[8]何雨虹,朱建华,权衡.聚醚,氨基硅油柔软剂的制备及应用[J].有机硅材料,201024(1):40-44.

 

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