化纤亲水硅油的合成与应用研究
曹 华
（张家港市天瑞化工有限公司 江苏张家港 215600）
摘 要：采用分子量为1400的烯丙基环氧基聚醚EB-1400、端氢硅油（分子量8000）、异丙醇为原料，在氯铂酸催化的条件下，先合成出了端环氧基聚醚封端硅油，该中间体继续与亲水聚醚胺EG-400进行开环扩链反应，制备出了一种亲水硅油。使用乳化剂对该亲水硅油进行乳化后，得到亲水柔软整理剂，考察了经过该整理剂对全棉织物/涤棉织物整理后的亲水性、手感、白度等多种性能；结果表明：该亲水硅油具有良好的综合应用性能，是一类新型化纤用亲水性改性有机硅整理剂。
关键词：烯丙基环氧基聚醚EB-1400；亲水聚醚胺EG-400；开环；扩链；性能
1．前言
化纤亲水柔软剂长期以来一直以聚酯聚醚嵌段聚合物的水溶液为主，该类型柔软剂的结构主要有两部分组成：聚酯结构作为锚基用于对化纤纤维的锚固作用，大分子聚醚基团提供亲水性基团，同时提供一些柔软性手感。但随着日益要求多元化的需求，该产品的缺点也日益凸显，只有柔软手感，滑爽性能无法提供。
基于更丰富手感特点的需求，开发一支化纤用亲水性硅油成了当务之急。
亲水类柔软剂一般为侧链聚醚改性硅油（市场俗称CGF）以及侧链聚醚改性氨基硅油类为主，这类柔软剂亲水性较好，但整理后织物的手感不理想，这在很大程度上限制了其进一步应用。在迈图公司的DERMA NT出现后，才改变了这一现状，其主要结构为三元嵌段，所有功能性官能团全部位于有机硅主链，使用其整理后的织物不仅具有较好的亲水性，同时具有比较突出的手感。
最新一代有机硅柔软剂为三元嵌段型硅油，与传统有机硅的主要区别就在于其主要官能团均分布在有机硅主链，而传统有机硅柔软剂的改性官能团则分布于有机硅的侧链，这种全新的结构决定了其具有更优越的稳定性与应用性能。
本实验尝试采用分子量为1400的烯丙基环氧基聚醚EB-1400，端氢硅油（分子量8000），异丙醇为原料，在氯铂酸催化的条件下，先合成出了端环氧基聚醚封端硅油，该中间体继续与亲水聚醚胺EG-400进行开环扩链反应，制备出了一种亲水硅油，在涤纶、涤棉织物上应用后表明其具有低黄变性能、良好的手感、优异的亲水性能及稳定性能。
2．反应流程
详见流程图。
3．试验
3.1 材料及仪器
织物：腈棉纱线、棉半漂布、不亲水涤纶针织布、T/C针织布。
试剂：端含氢硅油（分子量8000），蓝星星火化工有限公司；烯丙基环氧基聚醚EB-1400(分子量，1400g/mol)，张家港市天瑞化工有限公司；亲水聚醚胺EG-400，张家港市天瑞化工有限公司；氯铂酸，试剂级；异丙醇，工业级；冰醋酸，江苏索普化工股份有限公司。
设备：三口烧瓶（连接搅拌装置），减压脱低整套装置，冷凝器，温度计，电热套，水浴锅等，WSD型白度仪，真空泵，德国Bruker公司EOUINOX55型红外光谱仪，银河牌CS101-1AB型电热干燥箱，标准光源对色灯箱；WSB-2型白度仪（上海科学仪器有限公司）。
流程图
3.2 整理工艺
3.2.1 浸轧工艺
试样：不亲水涤纶针织布、T/C针织布。
配方及工艺：
柔软剂 10g/L
一浸一轧（轧余率：棉半漂布87%，不亲水涤纶针织布98%，T/C针织布72%）→烘干（160℃*2min）。
3.3 测试
3.3.1 柔软性
采用实物手感评定法，以6～10个受过训练的人员组成一个小组评估织物手感。先通过排序法决定手感最好和最差的织物，再将手感最好的织物定为5分，最差的织物定为1分，其余织物的手感通过参照法得出，分为1～5级，数值越大越柔软。
3.3.2 白度测定
用白度仪测试整理织物的光谱反射率，与空白布相比，整理后织物的白度越大，即与空白织物的白度差值越小，织物的色变程度越小。
3.3.3 亲水性
将经整理剂整理后的织物平铺在桌面，用标准滴管（25滴/ml）从离织物3cm高度处向织物表面滴1滴水，从静态情况下测定织物吸收完1滴水所用的时间。
3.3.4 耐洗性
全自动缩水率试验机，家用洗涤剂1g/L,40℃水洗30min，水洗5次，测试水洗后织物的手感，亲水性。
3.3.5 离心稳定性
在15mL离心试管内加入2mL乳液，放入离心沉淀器里；以3000r/min的速度旋转30min后，样品不分层，属质量稳定。
3.3.6 耐酸碱稳定性
在烧杯中放入3g乳液，97mL醋酸溶液（PH=2～3）或97mL纯碱溶液（PH=11～12），摇匀；静置24h后，样品无分层、破乳现象，属质量稳定。
3.4 化纤亲水硅油的合成
将计量的端氢硅油（分子量8000），异丙醇、EB-1400，依次加入到装有回流冷凝器，搅拌器和温度计的四口烧瓶中，搅拌并缓慢升温至60～65℃，加入催化剂氯铂酸（1%的氯铂酸异丙醇溶液），并保温20分钟，然后升温至85℃，保温反应2小时；随后通过恒压漏斗加入计量的亲水聚醚胺EG-400、冰醋酸，升温到82保温反应5小时，降温至40℃，降温，出料，产物即为黄色透明化纤亲水硅油。
取24克上述制备的化纤亲水硅油于烧杯中，加入总质量2%的冰醋酸,6克乳化剂TO-5，搅拌并缓慢加水乳化，乳化成固含量为20%的乳液，乳液外观为蓝光透明液体。
3.5 化纤亲水硅油的乳化
取24克上述制备的化纤亲水硅油于烧杯中，加入总质量2%的冰醋酸,6克乳化剂TO-5，搅拌并缓慢加水乳化，乳化成固含量为20%的乳液，乳液外观为蓝光透明液体。
4．结果与讨论
4.1 化纤亲水硅油的红外光谱分析
图1 化纤亲水硅油的红外图
由图1所示的化纤亲水硅油的硅油的红外光谱图可以看出，主链嵌段亲水性氨基硅油中Si- O-Si结构对应的特征吸收峰为1022.34cm-1, 1261.14cm-1处为Si-CH3与Si-CH2中C-H键的弯曲振动吸收峰，801.52cm-1处为Si-CH3结构中Si-C的弯曲振动吸收峰,1093.41cm-1是C-O-C结构的特征吸收峰,1410.81cm-1和2963.05cm-1是-CH3,-CH2中饱和C-H键的弯曲震动吸收峰,3362.5cm-1处为羟基、仲氨基中的O-H，N-H弯曲振动吸收峰。
4.2 乳液稳定性
不同有机硅整理剂的稳定性状况见表1。表1中的数据为固含量为20%的各种硅油乳液的30g/L的工作液的各种稳定性测试数据。
从表1可知，聚醚改性硅油乳液的耐酸稳定性与离心稳定性都良好，但是其耐碱稳定性却不理想，这也是与其结构相关，其结构中的聚醚基团与有机硅连接基在碱性条件下很容易水解，导致其不稳定。
而化纤亲水硅油与侧链聚醚氨基硅油的乳液具有较高的稳定性，在酸性（PH=2～3）、碱性（PH=11～12）及离心作用下，乳液的外观均未发生改变，保持了原有的蓝光透明的状态，这些都与其特有的主链聚醚嵌段改性的结构所决定的。其结构中的氨基在酸性条件下可以与酸形成铵盐，使其极性增加，从而更好地溶解在水中，而其结构中的阳离子基团则在碱性条件下具有较好的稳定性。较好的稳定性能，决定了其具有较广的使用范围。
表1 不同有机硅整理剂的稳定性能
4.3 白度
表2 不同有机硅整理剂整理后织物的白度
从表2可以看出，整理后的织物白度都有一定程度的降低，其中，聚醚改性硅油柔软剂中不含有氨基基团，不存在氨基被氧化而产生发色基团，其白度下降最小；化纤亲水硅油与侧链聚醚氨基的白度相当，这是因为两者的结构中的氨基官能团的活泼氢，一种是季铵盐基团，一种被其他基团取代，具有较强的抗氧化能力，经其整理的织物抗黄变性强，白度下降较小。
4.4 亲水性
表3 不同有机硅整理剂整理后织物的亲水性
由表3可知，化纤或化纤混纺织物经过亲水性有机硅整理剂处理后织物的亲水性与未处理的织物相比均有较大提升。其中，经过聚醚改性硅油整理后的织物亲水性能好的原因是整理剂分子中含有聚醚基团，可以提高或维持织物的亲水性能；但经其整理后的涤棉织物经过5次水洗后，亲水性下降较大；这是因为其分子结构中不含有可以与纤维牢固结合的基团，所以其耐洗性能较差；经过化纤亲水硅油整理后的织物也具有良好的亲水性，这是与其结构中含有大量聚醚基团以及阳离子季铵盐基团是决定的，其具有好的亲水性能，同时与纤维的结合能力也较强，所以其耐水洗性能较好；经侧链聚醚氨基硅油整理后的织物亲水性比聚醚硅油差，这是因为其分子结构中不但具有大量仲胺盐基团，还具有聚醚基团，亲水性能好，同时也具有一定的耐洗性能。
4.5 手感
表4 不同有机硅整理剂整理后织物的手感
从表4中数据可以看出，经过各种整理剂整理后的织物手感均有不同程度的提高，其中，经化纤亲水硅油与侧链聚醚氨基硅油的手感与耐洗性能较好，聚醚改性硅油的较差。
当整理剂吸附于织物后，在纤维之间及织物表面上形成网状结构的高分子薄膜，可以避免纤维与纤维之间、纱线与织物之间的直接接触，降低织物中纱线摩擦系数，使纤维在较小的外力作用下就能发生相对滑动而产生平滑作用，使织物易变形而产生柔软手感。化纤亲水硅油与侧链聚醚氨基硅油中含有高极性基团，可与纤维中的羟基、羧基、酯基、酰胺基等相互作用，形成牢固的定向吸附与取向。所以其手感与耐洗性均高于聚醚硅油整理后的织物。
从柔软性对比实验可以看出，在不亲水涤纶针织布与T/C针织布上，化纤亲水硅油手感最优，侧链聚醚硅油手感次之，聚醚硅油最差。
5．结论
（1）采用分子量为1400的烯丙基环氧基聚醚EB-1400、端氢硅油（分子量8000）、异丙醇为原料，在氯铂酸催化的条件下，先合成出了端环氧基聚醚封端硅油，该中间体继续与亲水聚醚胺EG-400进行开环扩链反应，制备出了一种化纤亲水硅油。
（2）使用乳化剂对该亲水硅油进行乳化后，得到亲水柔软整理剂，考察了经过该整理剂对涤纶/涤棉织物整理后的亲水性、手感、白度等多种性能，结果表明：该亲水硅油具有良好的综合应用性能，是一类新型化纤用亲水性改性有机硅整理剂。
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作者简介：
曹 华，专注于改性硅油的开发，擅长各类聚醚/氨基改性硅油，特别擅长各种风格三元嵌段硅油的开发。
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