硅油通常是以乳液形式应用于纺织工业中,氨基硅油微乳液无疑在纺织工业中起着重要的作用。有关单一有机硅乳液的制备及应用的研究较多,而有机硅复配乳液的相关报道较少。为探究有机硅复配乳液的稳定性和在棉织物上的整理效果,促进多功能有机硅织物整理剂的研发,本实验以RAS和CAS为原料,乳化后进行复配,制得长链氨基硅油/羧基硅油(RAS/CAS)复配乳液,考察了RAS/CAS复配乳液对织物的整理效果。
1 实验
1·1 主要原料
甲基环四硅氧烷(D4):工业品,江西星火有机硅厂;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:工业品,杭州大地化工有限公司;马来酸酐、乙二醇丁醚:AR,西安化学试剂厂;脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO):西安日用化学公司;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%棉纤维织物:密度(经×纬)110×60,陕西华润印染有限公司。
1·2 改性硅油的制备
氨基/十二烷基改性硅油(RAS)的结构见式1。
RAS的制备:将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氢氧化铵加入反应器中,混合均匀后加热至100~110℃反应4~6h,再升温至135~140℃反应1~2h分解催化剂,减压至60kPa(表)脱除低沸物,冷却至室温,得透明状液态RAS。产品氨值0·6mmol/g,烷值(每克聚硅氧烷中十二烷基的毫摩尔数)0·3mmol/g,黏度0·42Pa·s。
羧烃基硅油(CAS)的结构见式2。
CAS的制备:将聚二甲基-co-聚(γ-氨丙基甲氧基)硅氧烷和马来酸酐加入反应器中,在60~70℃反应约60min;产物经甲苯、氯仿洗涤,再冷却静置,即得澄清透明液态CAS。产品羧值(每克硅油中羧基的毫摩尔数)0·3mmol/g,黏度0·75Pa·s。
1·3 改性硅油的乳化及复配
按表1配方称取RAS或CAS、非离子型表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)复配物、乙二醇丁醚(三者质量比为10∶4∶1)于三颈瓶中,搅拌混合均匀;再依次滴加少量蒸馏水、冰醋酸或氨水,搅拌均匀,再加入余下的蒸馏水(约50g),室温搅拌20~30min后过滤,即得RAS乳液或CAS乳液。
于烧杯中按配方分别准确称取这两种有机硅乳液,混合均匀,即得RAS/CAS复配乳液。
1·4 织物的整理
将棉纤维织物在室温下用超声波水洗20min,脱去纤维表面附着的杂质;然后置于烘箱80℃烘10min。
将RAS/CAS复配乳液用水稀释,稀释比为1gRAS/CAS复配乳液加100g水,配成整理用标准浴液;将布样浸泡其中约10min,取出,在实验用小型轧车上压轧一次,轧余率约70%,100℃烘10min,120℃定型2min。
1·5 性能测试
1·5·1 乳液性能测试[5-6]
离心稳定性:将乳液置于离心试管中,于3000r/min转速下离心20~30min,目测乳液外观是否有漂油、分层等现象。
弱酸碱稳定性:于100mL烧杯中称取3g乳液,加入50mL醋酸溶液(pH=4~5)或50mL纯碱溶液(pH=11~12),搅拌均匀后静置24h,观察乳液外观是否有漂油、分层等现象。
电解质稳定性:于100mL烧杯中称取3g乳液,加入MgCl2质量分数为2%的MgCl2水溶液50mL,静置24h,观察乳液外观是否有漂油、分层等现象。
1·5·2 织物性能测试
取整理后的棉布样在温度(25±2)℃、相对湿度(60±2)%条件下平衡24h后测试性能。白度:用温州仪器仪表有限公司的WSB-3A型数显式白度仪测定,平行测定5次,取其平均值;柔软性:以柔软度表示,用四川长江造纸仪器厂的DC-RRY型电脑测控柔软度仪测定,布样尺寸(径向×纬向)16·3cm×12·6cm;吸湿性:以静态吸水时间表征[7],用标准滴管(25滴/mL)从离织物约2cm处向水平铺展的织物表面滴1滴水,在静态情况下测定该水滴完全铺展所用的时间。
2 结果与讨论
2·1 乳化影响因素探讨
在有机硅乳液制备过程中,乳化剂是不可或缺的组分之一,其作用是降低油水界面的表面张力。考虑到与其它离子型添加剂的配伍性,本实验选用非离子型乳化剂。采用单一乳化剂通常形成机械强度一般、不够紧密的界面膜;为克服这一缺陷,常选用两种或两种以上乳化剂的复配物作乳化剂[8]。因此,本实验选用脂肪醇聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂复配物(AEO3和AEO9)作乳化剂。乳化剂用量也对乳液性能有影响[9]。乳化剂用量太少,乳化过程困难且乳液外观较差;乳化剂用量过多,则会粘附在布样表面,进而影响应用性能。通过反复实验,发现乳化剂用量为硅油质量的10%~30%时,有机硅乳液外观乳白色、不透明;当乳化剂用量为硅油质量的40%~50%时,有机硅乳液外观澄清透明,故乳化剂的用量以占硅油质量的40%为宜。加入小分子增溶剂(乙二醇丁醚)有助于乳化过程的实施且获得了外观透明的有机硅乳液。
在乳化过程中,乳化初期蒸馏水须缓慢滴加到体系中,开始搅拌,恒定转速850r/min,使水均匀地分散到体系中;其后,加入冰醋酸或氨水,调节pH值至6~7,搅拌均匀;再加入余下的水,确保体系乳化均匀并稳定地转变为水包油型乳液。所制得的有机硅乳液的物化性能见表2。
RAS/CAS(等质量比混合)复配乳液经离心稳定性、弱酸碱稳定性及电解质稳定性测试,均未出现分层、破乳现象,表明复配乳液在实验条件下稳定,将RAS乳液和CAS乳液复配是可行的。
2·2 两种有机硅乳液复配比例对织物性能的影响
以单一有机硅乳液及未处理布样作为实验参比,考察两种有机硅乳液的质量比对织物性能的影响,结果如表3所示。柔软度越小,表示织物的柔软性越好;静态吸水时间越短,表示织物的吸湿性越佳。
从表3可知,相比于空白布样,经CAS乳液整理的棉织物的白度和静态吸水时间差不多,柔软性略有提升;而经RAS整理的棉织物的柔软性显著提高,吸湿性明显下降,白度略有降低。这一方面可能是链段中不同官能基结构的影响,RAS结构中存在的伯氨基易被氧化形成色团,从而导致织物白度较低;另一方面可能与RAS在被整理织物表面形成薄膜以及采取硅甲基朝向空气、硅氧偶极键朝向纤维表面的排列方式有关,使织物具有较强的疏水性能,同时薄膜包覆于纤维表面,使织物获得柔软的性能。经比较可知,采用CAS乳液和RAS乳液整理的棉织物各有优劣。
从表3还可看出,随着复配乳液中CAS比例的增加,经其整理的织物的吸湿性显著增加,静态吸水时间由101·86s下降到3·32s;而柔软性显著下降,柔软度(经向+纬向)由518mN增加至602mN。纵观不同配比的RAS/CAS复配乳液,RAS和CAS的质量比为2∶1时应用性能较佳,其柔软性能优,同时保持了较好的吸湿性和白度。
3 结论
选择非离子表面活性剂复合乳化剂对RAS和CAS进行乳化,获得外观透明的RAS乳液及CAS乳液;将两者按不同比例混合,得到RAS/CAS复配乳液。该复配乳液的离心稳定性、弱酸碱稳定性及电解质稳定性良好。
和空白布样相比,经RAS/CAS复配乳液整理的纯棉织物的柔软性能得到不同程度的提升,而白度、吸湿性均有所下降;经复配乳液整理的织物的柔软性能均优于经CAS整理的织物,吸湿性和白度虽然不及经CAS整理的织物,但较经RAS整理的织物明显提高;其中尤以RAS和CAS质量比为2∶1时应用性能较佳,获得了佳的柔软性能,同时保持了较好的白度及吸湿性,弥补了单一有机硅乳液应用上的不足。
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