硅油通常是以乳液形式應用于紡織工業中,氨基硅油微乳液無疑在紡織工業中起著重要的作用。有關單一有機硅乳液的制備及應用的研究較多,而有機硅復配乳液的相關報道較少。為探究有機硅復配乳液的穩定性和在棉織物上的整理效果,促進多功能有機硅織物整理劑的研發,本實驗以RAS和CAS為原料,乳化后進行復配,制得長鏈氨基硅油/羧基硅油(RAS/CAS)復配乳液,考察了RAS/CAS復配乳液對織物的整理效果。
1 實驗
1·1 主要原料
甲基環四硅氧烷(D4):工業品,江西星火有機硅廠;聚N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基硅氧烷:氨值0·5912mmol/g,黏度620mPa·s,杭州大地化工公司;十二烷基甲基二乙氧基硅烷:工業品,杭州大地化工有限公司;馬來酸酐、乙二醇丁醚:AR,西安化學試劑廠;脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO):西安日用化學公司;聚二甲基-co-聚(γ-氨丙基甲氧基)硅氧烷:氨值0·3mmol/g,黏度0·04Pa·s,自制[4]。100%棉纖維織物:密度(經×緯)110×60,陜西華潤印染有限公司。
1·2 改性硅油的制備
氨基/十二烷基改性硅油(RAS)的結構見式1。
RAS的制備:將D4、聚N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基硅氧烷、十二烷基甲基二乙氧基硅烷及四甲基氫氧化銨加入反應器中,混合均勻后加熱至100~110℃反應4~6h,再升溫至135~140℃反應1~2h分解催化劑,減壓至60kPa(表)脫除低沸物,冷卻至室溫,得透明狀液態RAS。產品氨值0·6mmol/g,烷值(每克聚硅氧烷中十二烷基的毫摩爾數)0·3mmol/g,黏度0·42Pa·s。
羧烴基硅油(CAS)的結構見式2。
CAS的制備:將聚二甲基-co-聚(γ-氨丙基甲氧基)硅氧烷和馬來酸酐加入反應器中,在60~70℃反應約60min;產物經甲苯、氯仿洗滌,再冷卻靜置,即得澄清透明液態CAS。產品羧值(每克硅油中羧基的毫摩爾數)0·3mmol/g,黏度0·75Pa·s。
1·3 改性硅油的乳化及復配
按表1配方稱取RAS或CAS、非離子型表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)復配物、乙二醇丁醚(三者質量比為10∶4∶1)于三頸瓶中,攪拌混合均勻;再依次滴加少量蒸餾水、冰醋酸或氨水,攪拌均勻,再加入余下的蒸餾水(約50g),室溫攪拌20~30min后過濾,即得RAS乳液或CAS乳液。
于燒杯中按配方分別準確稱取這兩種有機硅乳液,混合均勻,即得RAS/CAS復配乳液。
1·4 織物的整理
將棉纖維織物在室溫下用超聲波水洗20min,脫去纖維表面附著的雜質;然后置于烘箱80℃烘10min。
將RAS/CAS復配乳液用水稀釋,稀釋比為1gRAS/CAS復配乳液加100g水,配成整理用標準浴液;將布樣浸泡其中約10min,取出,在實驗用小型軋車上壓軋一次,軋余率約70%,100℃烘10min,120℃定型2min。
1·5 性能測試
1·5·1 乳液性能測試[5-6]
離心穩定性:將乳液置于離心試管中,于3000r/min轉速下離心20~30min,目測乳液外觀是否有漂油、分層等現象。
弱酸堿穩定性:于100mL燒杯中稱取3g乳液,加入50mL醋酸溶液(pH=4~5)或50mL純堿溶液(pH=11~12),攪拌均勻后靜置24h,觀察乳液外觀是否有漂油、分層等現象。
電解質穩定性:于100mL燒杯中稱取3g乳液,加入MgCl2質量分數為2%的MgCl2水溶液50mL,靜置24h,觀察乳液外觀是否有漂油、分層等現象。
1·5·2 織物性能測試
取整理后的棉布樣在溫度(25±2)℃、相對濕度(60±2)%條件下平衡24h后測試性能。白度:用溫州儀器儀表有限公司的WSB-3A型數顯式白度儀測定,平行測定5次,取其平均值;柔軟性:以柔軟度表示,用四川長江造紙儀器廠的DC-RRY型電腦測控柔軟度儀測定,布樣尺寸(徑向×緯向)16·3cm×12·6cm;吸濕性:以靜態吸水時間表征[7],用標準滴管(25滴/mL)從離織物約2cm處向水平鋪展的織物表面滴1滴水,在靜態情況下測定該水滴完全鋪展所用的時間。
2 結果與討論
2·1 乳化影響因素探討
在有機硅乳液制備過程中,乳化劑是不可或缺的組分之一,其作用是降低油水界面的表面張力。考慮到與其它離子型添加劑的配伍性,本實驗選用非離子型乳化劑。采用單一乳化劑通常形成機械強度一般、不夠緊密的界面膜;為克服這一缺陷,常選用兩種或兩種以上乳化劑的復配物作乳化劑[8]。因此,本實驗選用脂肪醇聚氧乙烯醚型非離子表面活性劑復配物(AEO3和AEO9)作乳化劑。乳化劑用量也對乳液性能有影響[9]。乳化劑用量太少,乳化過程困難且乳液外觀較差;乳化劑用量過多,則會粘附在布樣表面,進而影響應用性能。通過反復實驗,發現乳化劑用量為硅油質量的10%~30%時,有機硅乳液外觀乳白色、不透明;當乳化劑用量為硅油質量的40%~50%時,有機硅乳液外觀澄清透明,故乳化劑的用量以占硅油質量的40%為宜。加入小分子增溶劑(乙二醇丁醚)有助于乳化過程的實施且獲得了外觀透明的有機硅乳液。
在乳化過程中,乳化初期蒸餾水須緩慢滴加到體系中,開始攪拌,恒定轉速850r/min,使水均勻地分散到體系中;其后,加入冰醋酸或氨水,調節pH值至6~7,攪拌均勻;再加入余下的水,確保體系乳化均勻并穩定地轉變為水包油型乳液。所制得的有機硅乳液的物化性能見表2。
RAS/CAS(等質量比混合)復配乳液經離心穩定性、弱酸堿穩定性及電解質穩定性測試,均未出現分層、破乳現象,表明復配乳液在實驗條件下穩定,將RAS乳液和CAS乳液復配是可行的。
2·2 兩種有機硅乳液復配比例對織物性能的影響
以單一有機硅乳液及未處理布樣作為實驗參比,考察兩種有機硅乳液的質量比對織物性能的影響,結果如表3所示。柔軟度越小,表示織物的柔軟性越好;靜態吸水時間越短,表示織物的吸濕性越佳。
從表3可知,相比于空白布樣,經CAS乳液整理的棉織物的白度和靜態吸水時間差不多,柔軟性略有提升;而經RAS整理的棉織物的柔軟性顯著提高,吸濕性明顯下降,白度略有降低。這一方面可能是鏈段中不同官能基結構的影響,RAS結構中存在的伯氨基易被氧化形成色團,從而導致織物白度較低;另一方面可能與RAS在被整理織物表面形成薄膜以及采取硅甲基朝向空氣、硅氧偶極鍵朝向纖維表面的排列方式有關,使織物具有較強的疏水性能,同時薄膜包覆于纖維表面,使織物獲得柔軟的性能。經比較可知,采用CAS乳液和RAS乳液整理的棉織物各有優劣。
從表3還可看出,隨著復配乳液中CAS比例的增加,經其整理的織物的吸濕性顯著增加,靜態吸水時間由101·86s下降到3·32s;而柔軟性顯著下降,柔軟度(經向+緯向)由518mN增加至602mN。縱觀不同配比的RAS/CAS復配乳液,RAS和CAS的質量比為2∶1時應用性能較佳,其柔軟性能優,同時保持了較好的吸濕性和白度。
3 結論
選擇非離子表面活性劑復合乳化劑對RAS和CAS進行乳化,獲得外觀透明的RAS乳液及CAS乳液;將兩者按不同比例混合,得到RAS/CAS復配乳液。該復配乳液的離心穩定性、弱酸堿穩定性及電解質穩定性良好。
和空白布樣相比,經RAS/CAS復配乳液整理的純棉織物的柔軟性能得到不同程度的提升,而白度、吸濕性均有所下降;經復配乳液整理的織物的柔軟性能均優于經CAS整理的織物,吸濕性和白度雖然不及經CAS整理的織物,但較經RAS整理的織物明顯提高;其中尤以RAS和CAS質量比為2∶1時應用性能較佳,獲得了佳的柔軟性能,同時保持了較好的白度及吸濕性,彌補了單一有機硅乳液應用上的不足。
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