趙 欣,程金亮,羅晶琨
(齊齊哈爾大學(xué) 輕工紡織學(xué)院,黑龍江 齊齊哈爾161006)
因有機硅亞麻柔軟劑可使亞麻制品柔軟、滑爽、光澤柔和而被廣泛使用,尤其氨基官能團聚硅氧烷亞麻柔軟劑更受青睞。但氨基官能團聚硅氧烷亞麻柔軟劑仍有諸多缺陷,如:氨基官能團聚硅氧烷亞麻柔軟劑處理后的產(chǎn)品呈現(xiàn)較強的疏水性,會造成產(chǎn)品不吸汗,有悶熱感;很多氨基官能團聚硅氧烷亞麻柔軟劑乳化后穩(wěn)定性不高;在染色亞麻制品生產(chǎn)中使用氨基官能團聚硅氧烷亞麻柔軟劑乳液時,經(jīng)常會使亞麻制品發(fā)生黃變。本文針對有機硅亞麻柔軟劑的現(xiàn)狀,采用本體聚合再乳化的合成方式,制備出高親水、低黃變的新型有機硅亞麻柔軟劑。
市售普通亞麻布,徑向及緯向分為20dtex 和30dtex,重140g·m-2。
雙烯丙基聚醚(工業(yè)純杭州丹維科技有限公司);N,N- 亞甲基雙丙烯酰胺(A.R.淄博信業(yè)化工有限公司);端含氫硅油(工業(yè)純江山市斯可達化工有限公司);甲醇(A.R.山東淄博臨淄東暉化工有限公司);甲苯(A.R.淄博豐倉化工有限公司);冰乙酸(A.R.宜興市輝煌化學(xué)試劑廠);AEO-3(工業(yè)級山東天道生物工程有限公司);AE0-9(工業(yè)級山東天道生物工程有限公司)。
ME-500高剪切乳化機(啟東市長江化工機械有限公司);UNITY INOVA 400 型超導(dǎo)核磁共振儀(美國瓦里安公司);Bettersize2000激光粒度儀(丹東百特儀器有限公司);wmz-03溫度指示儀(蘇州全勝儀表有限公司);HJ-40電動攪拌機(常州杰博森儀器有限公司);PHS-3C酸度計(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司);101-1A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海滬粵明科學(xué)儀器有限公司);ProStar LC240紅外分光光度儀(美國瓦里安公司);FA3204B精密電子天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司)。
1.3.1 催化劑的制備 取0.3g H2PtCl6·6H2O 溶解于l0mL 異丙醇,經(jīng)充分攪拌混勻后,再進行30min超聲波振蕩,靜置后可得氯鉑酸異丙醇混合溶液,此混合液作為本實驗催化劑。
1.3.2 有機硅亞麻柔軟劑制備 取經(jīng)干燥的四口燒瓶,燒餅中加入活性聚醚、N,N- 亞甲基雙丙烯酰胺和端含氫硅油,溶劑使用甲苯,再將催化劑加入適量,最后將四口燒瓶中的混合液進行充分攪拌,攪拌過程中使用N2作為保護氣?;旌弦后w先進行油浴,在65℃下先預(yù)熱30min,再將溫度提高至100℃,進行反應(yīng)10h。在反應(yīng)結(jié)束后,利用甲醇將生成的產(chǎn)物沉淀出來,并洗滌數(shù)次,最后經(jīng)真空干燥,得到有機硅亞麻柔軟劑。
1.3.3 有機硅亞麻柔軟劑微乳液的制備 取有機硅亞麻柔軟劑,將其先與少量的乳化劑混合,輕微攪拌后,調(diào)節(jié)pH 值至6~7;將調(diào)節(jié)pH 值后的混合液進行劇烈攪拌,至出現(xiàn)大量泡沫,再加入一定量的水,繼續(xù)攪拌,得有機硅亞麻柔軟劑微乳液。
合成時間為10h、催化劑量為含氫硅油質(zhì)量的0.5mg·kg-1、單體摩爾比為含氫硅油∶雙烯丙基聚醚∶N,N- 亞甲基雙丙烯酰胺=1.5∶1∶l 時,溫度對轉(zhuǎn)化率的影響,見表1。
表1 溫度對轉(zhuǎn)化率的影響Tab.1 Effect of temperature on conversion rate
經(jīng)表1 知,隨溫度升高,硅氫鍵的轉(zhuǎn)化率增大。但過高的溫度會引起分子交聯(lián),進而使稠度增加,后續(xù)產(chǎn)品的消泡將成為困難;另外,高溫會導(dǎo)致產(chǎn)品的色澤過深。經(jīng)分析,本實驗選擇的溫度為100℃。
選擇合成反應(yīng)溫度為100℃、催化劑添加量為反應(yīng)單體質(zhì)量的0.020%、反應(yīng)單體與含氫硅油中活潑氫的摩爾比為1.2∶1.0 的條件下,合成時間對原料轉(zhuǎn)化率的影響如,見表2。
表2 合成時間對轉(zhuǎn)化率的影響Tab.2 Effect of synthesis time on conversion rate
經(jīng)表2 知,隨合成時間的增加,6~10h 之間,硅氫鍵的轉(zhuǎn)化率不斷提高,超過l0h 后,硅氫鍵的轉(zhuǎn)化率不再增加,且有下降趨勢。經(jīng)分析,本實驗選擇的合成時間為10h。
合成時間為lOh,合成溫度為100℃,單體摩爾比為含氫硅油∶雙烯丙基聚醚∶N,N- 亞甲基雙丙烯酰胺=1.5∶1∶l 時,催化劑添加量量對轉(zhuǎn)化率的影響,見表3。
表3 催化劑添加量量對原料轉(zhuǎn)化率的影響Tab.3 Effect of catalyst amount on conversion rateof raw materials
經(jīng)表3 知,轉(zhuǎn)化率隨催化劑添加量增大而增大,但產(chǎn)物色澤也逐步加深。經(jīng)分析,本實驗選擇的催化劑添加量為0.5mg·kg-1。
選擇合成反應(yīng)時間為l0h、合成反應(yīng)溫度為100℃、催化劑添加量為0.5mg·kg-1、雙烯丙基聚醚∶含氫硅油=1∶1.5 時,N,N- 亞甲基雙丙烯酰胺的用量對轉(zhuǎn)化率的影響及產(chǎn)品對亞麻整理后效果,見表6。
表4 N,N-亞甲基雙丙烯酰胺的用量對轉(zhuǎn)化率的影響Tab.4 Effects of N, N- methylene bis acrylamide on conversion rate
經(jīng)表4 知,N,N- 亞甲基雙丙烯酰胺量:Si-H 量從0.2∶1 提高到0.6∶1,轉(zhuǎn)化率增加明顯,之后轉(zhuǎn)化率增加緩慢。對亞麻整理后手感有所改善,親水性降低。經(jīng)分析,本實驗選擇的選擇物料配比為含氫硅油∶雙烯丙基聚醚∶N,N- 亞甲基雙丙烯酰胺=1.5∶1∶1。
端含氫硅油的粘度比較大,且體系中加入的雙烯丙基聚醚和N,N- 亞甲基雙丙烯酰胺不相溶,故整個體系粘度很大,難以均勻混合,不流于反應(yīng)的進行,所有在進行本體聚合的過程中,為促進反應(yīng)進行,需加入一定量的溶劑,降低體系的粘度,促進反應(yīng)迅速進行。本實驗選用甲苯為溶劑,經(jīng)實驗確定用量為反應(yīng)物的55%~65%,按此使用量,反應(yīng)體系均一透明,合成反應(yīng)平穩(wěn)。
能夠良好使用的乳化劑,通常經(jīng)兩種或多種表面活性劑復(fù)配而成。本實驗選用的復(fù)配乳化劑選用AEO-3 和AEO-9 能組成復(fù)合而成。AEO-3 及AEO-9 的HLB 值分別為6.6 和13.6,當AEO-3∶AEO-9=8∶2,復(fù)合乳化劑的HLB 值為8.0 左右,與合成的有機硅亞麻柔軟劑的HLB 值相當,可獲得透明的微乳液,靜置數(shù)天后,無分層,不漂油,穩(wěn)定性好。AEO-3、AEO-9 的配比對乳液狀態(tài)的影響,見表5。
表5 AEO-3、AEO-9 配比使用量對乳液影響Tab.5 Effects of AEO-3 and AEO-9 ratio on the emulsion
在有機硅亞麻柔軟劑的乳化實驗中,加入不同量的復(fù)合乳化劑,觀察乳液狀態(tài),見表6。確定復(fù)合乳化劑的添加量為12%,效果較好。
表6 添加不同量的復(fù)合乳化劑效果Tab.6 Effect of adding different amount of composite emulsifier
合成的有機硅亞麻柔軟劑經(jīng)紅外光譜(FTIR)分析、核磁共振譜(H-NMR) 分析、熱性能(TG-DTA)分析、粒徑分析、Zeta 電位分析及物理性能測試,有機硅亞麻柔軟劑指標均達標,穩(wěn)定性較好,可以滿足亞麻制品加工的需求。
本實驗以甲苯作為溶劑,氯鉑酸異丙醇混合溶液為催化劑,活性聚醚、N,N- 亞甲基雙丙烯酰胺和端含氫硅油為合成原料,采用本體聚合法合成了新型有機硅亞麻柔軟劑。合成的最佳工藝條件為:合成反應(yīng)溫度為100℃、合成反應(yīng)時間為8h、催化劑(氯鉑酸異丙醇混合溶液)添加量為0.5mg·kg-1,物料配比為含氫硅油∶雙烯丙基聚醚∶N,N- 亞甲基雙丙烯酰胺=1.5∶1∶1。合成后的有機硅亞麻柔軟劑經(jīng)FTIR、H-NMR、TG-DTA、SEM、Zeta 電位表征及各種性能測試,證明合成的有機硅亞麻柔軟劑微乳液具有較好的穩(wěn)定性,適合亞麻制品加工的需要。由于時間及條件的限制,本文仍有許多不足,有待繼續(xù)完成和改善。
[1] 安秋風(fēng),陳孔常,李臨生.有機硅柔軟劑的發(fā)展與展望[J].西北輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2000,12(8):12-14.
[2] Sabia A J.Modification of the tactile and physical properties of micro fibers blends with silicone polymers.Text Chem Color,1 995,27(9):79.
[3] 譚武紅.紡織品柔軟劑的開發(fā)與應(yīng)用[J].紡織科學(xué)研究,1999(20):45-49.
[4] 陳榮圻.低黃變和親水性氨基聚硅氧烷的開發(fā)[J].有機硅材料,2006,20(3):38-143.
[5] 郭艷敏.有機硅微乳液的研究[J].2002 中國有機硅學(xué)術(shù)交流會論文集:219-221.
[6] 張?zhí)矣?周向東.水性發(fā)泡阻燃涂層膠的合成及其應(yīng)用[J].印染,2009,35(3):5-9.
[7] 黃文潤.硅油及二次加工硅油[M].北京,化學(xué)工出版社,2004.109-119.
[8] 黃世強,彭慧.有機硅柔軟劑及其應(yīng)用[J].有機硅材料及應(yīng)用,1998,12(3):17-19,24.