新型含硅柔軟劑JYF-8328的制備及應用

李雪梅，史建波，高 鑫

（1.山東巨業(yè)精細化工有限公司，山東濟南 250000；2.山東利源海達環(huán)境工程有限公司，山東濟南 250000）

柔軟劑作為紡織品加工過程中最常用的一類助劑，主要作用是減小纖維間的摩擦系數(shù)，以獲得柔軟和潤滑效果［1］。其中，有機硅類柔軟劑由于獨特的結構和性質備受青睞［1-3］。有機硅類柔軟劑主鏈的聚硅氧烷結構為硅、氧交替連接的螺旋形長直鏈結構，具有易旋轉和繞曲、分子間作用力小以及生理惰性，可以顯著減小纖維間的摩擦系數(shù)，柔順性能優(yōu)異［4-5］。目前有機硅類柔軟劑的改性、應用研究非常活躍。如小分子有機硅偶聯(lián)劑與硅油經過平衡化將活性基團引入到聚硅氧烷的分子結構中，也有利用聚氨酯改性有機硅柔軟劑的報道［6］。然而通過生物材料對有機硅類柔軟劑進行改性卻鮮有研究。

二聚酸分子中含有兩個羧基和一個烴基，分支結構和碳原子構成的長碳鏈使其具有優(yōu)越的非結晶性、高度柔軟性和疏水性。本實驗以二聚酸、N-甲基二乙醇胺及烯丙基聚氧乙烯醚反應得到帶有叔胺基以及烯丙基的中間體Ⅰ，通過中間體Ⅰ與含氫硅油進行硅氫加成反應，利用季銨化試劑進行季銨化改性，得到二聚酸改性的聚硅氧烷（中間體Ⅱ），最后在非離子乳化劑的作用下，中間體Ⅱ分散于水中制得新型改性的含硅柔軟劑。以制備的柔軟劑對織物進行整理，考察織物的手感、親水性和白度。

1 實驗

1.1 材料及儀器

織物：純白棉織物（14.6 tex×14.6 tex，272 根/10 cm×136根/10 cm）。

試劑：N-甲基二乙醇胺（工業(yè)級，湖北巨勝科技有限公司），烯丙基聚氧乙烯醚（工業(yè)級，江蘇海安縣國力化工有限公司），含氫硅油（工業(yè)級，東莞市鴻風硅膠科技有限公司），氯鉑酸（上海久岳化工有限公司），二聚酸、非離子乳化劑、乙酸（工業(yè)級），沃森2018、3020（市售硅油）。

儀器：反應釜（山東安澤環(huán)保設備有限公司），干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司），高速離心機（湖南湘儀離心機儀器有限公司），電子天平（北京賽多利斯天平有限公司），白度儀（廣東潤湖儀器有限公司）。

1.2 含硅柔軟劑JYF-8328的制備

中間體Ⅰ：將二聚酸和N-甲基二乙醇胺按一定比例加入反應釜中，通N210 min，以完全去除反應釜內的空氣；將反應體系升溫至115 ℃，恒溫反應3 h；向反應釜內加入一定量烯丙基聚氧乙烯醚，115 ℃反應4 h。將反應產物稍冷，在100 ℃條件下真空脫除低沸物90 min，得到中間體Ⅰ。反應方程式如下：

中間體Ⅱ：將中間體Ⅰ和含氫硅油按質量比2∶1加入反應釜中，在攪拌條件下通入N210 min；加熱升溫至90 ℃，加入一定量氯鉑酸的異丙醇溶液作為催化劑，90 ℃反應4 h；再加入季銨化試劑繼續(xù)反應5 h。產物稍冷后于90 ℃真空脫除低沸物60 min，制得中間體Ⅱ。反應方程式如下：

含硅柔軟劑JYF-8328：在50 ℃條件下向中間體Ⅱ中加入復合非離子乳化劑，攪拌30 min。隨后加入去離子水調節(jié)乳液含固量，并用乙酸調節(jié)pH 為4.0～6.0，得到新型含硅柔軟劑。

1.3 含硅柔軟劑JYF-8328應用于織物整理

在40 ℃條件下將織物浸入JYF-8328 含硅柔軟劑中處理6 min，二浸二軋，軋余率70%，102 ℃條件下烘干。

1.4 含硅柔軟劑JYF-8328評測

產率：通過質量法計算中間體Ⅱ的產率。準確稱取燒杯質量m1（精確至0.1 g），將中間體Ⅱ完全轉移至燒杯中。向燒杯中加入質量為m2的阻聚劑，置于125 ℃烘箱中烘至相鄰兩次質量差小于0.1 g，冷卻至室溫后稱重m3。

其中，m總為原料總質量。

離心穩(wěn)定性：在10 mL 離心試管中加入8 mL 樣品，放入離心機以3 000 r/min 離心60 min，記錄管內樣品的分層、結膜及試管壁上的現(xiàn)象。

耐熱性：在150 mL 無色透明廣口瓶中加入100 mL 樣品，蓋緊瓶蓋，放入45 ℃恒溫烘箱內，恒溫4 h，觀察瓶中樣品是否有漂油、油花等現(xiàn)象。

耐堿性：稱取3 g 樣品置于100 mL 燒杯中，加入97 mL pH=11 的純堿溶液，攪拌均勻后靜置4 h，觀察燒杯內的乳液穩(wěn)定性。

耐電解質性：稱取3 g 樣品置于150 mL 燒杯中，加入2%的MgCl2·6H2O 溶液97 mL，攪拌均勻后靜置24 h，觀察燒杯內的乳液穩(wěn)定性。

1.5 含硅柔軟劑JYF-8328整理織物性能評測

手感：采用觸摸法評級。選擇5 位經驗豐富的人員對整理織物的手感進行評價，結果分為1～5級。未整理的棉織物評定為1級，評級結果取5人評級平均值。

白度：通過白度儀測定。

親水性：通過測定織物的毛效來判斷。按經向方向取30 cm×2 cm的整理織物條，經向垂直懸掛，并使織物底端剛好與水面平齊。測定30 min 后水在織物條上上升的高度，高度越高，親水性越好。

2 結果與討論

2.1 硅氫加成反應條件優(yōu)化

2.1.1 含氫硅油含氫量

中間體Ⅰ與含氫量0.3%、0.5%、0.7%、0.9%、1.1%的含氫硅油質量比為2∶1，催化劑氯鉑酸的異丙醇溶液質量為中間體Ⅰ質量的2×10-5。通過實驗可知，含氫量為0.3%的含氫硅油制備得到的中間體Ⅱ具有最佳的穩(wěn)定性，這是由于含氫硅油的含氫量增加，中間體Ⅱ分子的交聯(lián)度增大。隨著含氫量的增加，得到的中間體Ⅱ樣品逐漸趨向于固態(tài)。

2.1.2 氯鉑酸催化劑用量

從表1可知，隨著催化劑用量的增加，產率先升高后降低，乳液穩(wěn)定性出現(xiàn)較明顯的下降。這主要是由于當催化劑用量較低時，反應速率較慢，導致產率下降。當催化劑用量過高時，反應程度大，交聯(lián)程度提升，產率下降。最佳的催化劑用量為2×10-5。

表1 催化劑用量對產物性能的影響

2.1.3 反應溫度

氯鉑酸的催化活性受反應溫度的影響，當溫度低于最佳催化活性溫度時，隨著反應溫度的升高，催化劑活性升高，產率明顯提升。但含氫硅油是熱敏性化合物，當反應超過一定溫度時，副反應增加，對產率影響較大。從表2可知，當反應溫度低于90 ℃時，隨著反應溫度升高，催化劑催化活性升高，產率明顯提升。當溫度高于90 ℃時，產物顏色加深且產率明顯下降。因此，最佳反應溫度為90 ℃。

表2 反應溫度對產物性能的影響

2.2 影響含硅柔軟劑JYF-8328整理效果的因素

2.2.1 乳液固含量

從表3可知，隨著固含量的增加，乳液均具有優(yōu)秀的耐堿性和耐電解質性。但隨著固含量的增加，乳液處理后織物的手感先提升后下降，這主要是由于乳液固含量對整理后織物表面的網(wǎng)狀膜厚度有直接影響，而織物表面網(wǎng)狀膜的厚度直接影響織物的手感。當膜的厚度為5～10 μm 時手感最佳［7］。而當固含量過高時，織物表面膜厚度增加，織物手感反而下降。綜合考慮整理后織物的白度和親水性，最佳乳液固含量為25%。

表3 乳液固含量對含硅柔軟劑性能的影響

2.2.2 整理溫度

整理溫度對織物性能的影響見表4。

表4 整理溫度對織物性能的影響

從表4中可以看出，隨著整理溫度的升高，整理后織物的手感和親水性先上升后下降，白度下降。當整理溫度為45 ℃時，整理后織物具有較優(yōu)的手感和親水性。綜合考慮白度、親水性和手感，最佳整理溫度為45 ℃。

2.2.3 乳液類型

從表5可知，相較市售硅油，含硅柔軟劑JYF-8328處理后織物白度有一定的優(yōu)勢，手感較好，但親水性稍差。結果表明含硅柔軟劑JYF-8328 是一種性能優(yōu)秀的織物整理劑。

表5 不同類型乳液的性能比較

3 結論

（1）通過硅氫加成反應制備了中間體Ⅱ。在非離子乳化劑的作用下，將中間體Ⅱ分散于水中制得新型改性的含硅柔軟劑JYF-8328。

（2）當含氫硅油含氫量為0.3%、催化劑用量為2×10-5、反應溫度為90 ℃時，中間體Ⅱ具有最高的產率。

（3）用含硅柔軟劑JYF-8328 整理棉織物時表現(xiàn)出優(yōu)越的性能，整理后織物具有優(yōu)秀的手感、白度和親水性。