新型氨基改性有机硅柔软剂的合成及应用

【摘要】氨基硅油素有“超级柔软剂”之称，但其存在乳液易漂油及其整理织物疏水和黄变等问题。引入亲水性基团能有效改善氨基硅油乳液漂油及其整理织物疏水等问题。氨基硅油的亲水化改性一般是从环氧改性聚硅氧烷开始的，但其目前多为环氧基烷基改性聚硅氧烷，其环氧基的反应活性较低，不利于合成大分子量成膜性好的亲水性氨基硅油。为此，本文合成了反应性强的线性双端环氧基羰基聚硅氧烷，利用环氧基邻位羰基的吸电子效应，增强环氧基的反应活性，然后以其为中间体合成两种结构不同的氨基改性聚硅氧烷——嵌段型聚醚氨基改性聚硅氧烷和超支化氨基改性聚硅氧烷。研究和比较了这两种结构不同的改性聚硅氧烷乳液性能及其整理织物性能。具体研究内容及结果如下：第一部分：线性双端环氧基羰基聚硅氧烷的合成及表征。以两端含氢聚硅氧烷（数均分子量约为4300）和甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）为原料，合成了反应性强的线性双端环氧基羰基聚硅氧烷。探究了反应因素对双键转化率的影响，优化了合成工艺条件，测定了产物环氧值，并用FT-IR与核磁氢谱分析表征了合成产物的结构。结果表明：线性双端环氧基羰基聚硅氧烷合成工艺优化为：反应温度为100℃，催化剂氯铂酸的量为50ppm，反应时间为3.5h。产物环氧值为4.3810-2mol/100g，红外光谱与核磁氢谱分析证实了合成产物的结构与目标物相吻合。第二部分：嵌段型聚醚氨基改性聚硅氧烷的合成及其应用研究。以双端环氧基羰基聚硅氧烷和聚醚胺（ED-600）为原料，通过环氧基与胺基的亲核开环反应，合成了嵌段型聚醚氨基改性聚硅氧烷。研究了反应因素对环氧基转化率与产物特性粘度的影响，探究了聚硅氧烷链段分子量对嵌段型聚醚氨基改性聚硅氧烷乳液性能及其整理织物性能的影响，优化了合成工艺条件，并用核磁共振氢谱和凝胶色谱对合成产物结构进行了表征。结果表明：当聚硅氧烷链段分子量约为4300，n（双端环氧基羰基聚硅氧烷）：n（聚醚胺ED-600）为1:1.1，反应温度为85℃，反应时间为5h，溶剂异丙醇用量为反应物总质量的35%时，环氧基转化率为89.27%，产物特性粘度为16.83mL/g，Mn为1.73104，分子量分布较窄，核磁氢谱分析证实了合成产物的结构为嵌段型聚醚氨基改性聚硅氧烷。在此基础上，采用自制的改性聚硅氧烷乳液对棉织物进行柔软整理。研究了整理工艺因素对整理织物性能的影响，并优化了整理工艺条件；测定了改性聚硅氧烷乳液及其整理织物性能，并与市售氨基硅油及侧链型聚醚改性氨基硅油进行对比。结果表明：当嵌段型聚醚氨基改性聚硅氧烷整理剂（固含量为30%）用量为14g/L，焙烘温度为140℃，焙烘时间为40s时，整理织物的积分面积值为0.504，润湿时间为10.9s。与氨基硅油乳液相比，改性聚硅氧烷乳液稳定不漂油，乳液平均粒径小；与氨基硅油整理织物相比，自制改性聚硅氧烷整理织物的柔软和洗涤性能稍差，但亲水性和白度值有显著提高。与侧链型聚醚改性氨基硅油相比，自制改性聚硅氧烷整理织物亲水性和白度值与之相当，柔软性和耐洗性有明显改善。第三部分：超支化氨基改性聚硅氧烷的合成及应用研究。以双端环氧基羰基聚硅氧烷和二乙烯三胺为原料，通过环氧基与胺基的亲核开环反应，合成了超支化氨基改性聚硅氧烷。研究了反应因素对环氧基转化率的影响，探究了双端环氧基羰基聚硅氧烷分子中聚硅氧烷链段分子量对改性聚硅氧烷乳液及其整理织物性能的影响，优化了合成工艺条件，并用FT-IR表征了合成产物的结构。结果表明：当聚硅氧烷链段分子量约为3100，n（双端环氧基羰基聚硅氧烷）：n（二乙烯三胺）为1.5:1，反应温度为80℃，反应时间为3h，溶剂异丙醇用量为反应物总质量的30%时，环氧基转化率为93.25%；FT-IR分析证明了合成产物的结构为超支化氨基改性聚硅氧烷。在此基础上，采用自制的超支化氨基改性有机硅乳液对棉织物进行柔软整理。研究了超支化氨基改性聚硅氧烷整理工艺因素对整理织物性能的影响，并优化了整理工艺条件；测定了改性聚硅氧烷乳液及其整理织物性能，并与市售氨基硅油及嵌段型聚醚改性氨基硅油进行对比。结果表明：当超支化氨基改性有机硅整理剂（固含量为30%）用量为12g/L，焙烘温度为130℃，焙烘时间为60s时，整理织物的积分面积值为0.483，润湿时间为12.6s；与氨基硅油乳液相比，超支化氨基改性聚硅氧烷乳液稳定不漂油，乳液平均粒径小；与氨基硅油整理织物相比，自制超支化氨基改性聚硅氧烷整理织物的柔软性和耐洗性与之相当，亲水性和白度值有显著提高。与嵌段型聚醚改性氨基硅油整理织物相比，自制超支化氨基改性聚硅氧烷整理织物的亲水性和白度与之相当，柔软性和耐洗性有明显改善。最后，比较上述两种结构不同的改性聚硅氧烷的合成及其应用性能，与自制的嵌段型聚醚氨基改性聚硅氧烷相比，自制超支化氨基改性聚硅氧烷的合成环氧基转化率高，合成所需时间短，成本明显降低；与嵌段型聚醚氨基改性聚硅氧烷整理织物相比，超支化氨基改性聚硅氧烷整理织物亲水性和白度与之相当，柔软性和耐洗性有明显提高。因此，自制超支化氨基改性聚硅氧烷可以被称为一种性能良好的新型氨基改性有机硅柔软亲水整理剂。
【作者】刘彦杰；
【导师】吴明华；
【作者基本信息】浙江理工大学，纺织化学与染整工程，2014，硕士
【关键词】聚硅氧烷；氨基硅油；嵌段聚合物；超支化聚合物；柔软剂；亲水性；

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