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有机硅类柔软剂的分类及应用

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柔软剂,能够吸附于纺织品纤维表面并使纤维表面平滑,以改变手感,使产品更具舒适感。在纺织品的各种助剂中,柔软剂的品种、用量均居首位,而有机硅柔软剂是一类性能优越、效果突出、应用广泛的柔软剂。这类柔软剂是聚硅氧烷及其衍生物的乳液或微乳液,不仅使织物具有良好的柔软和平滑等手感,还能赋予非织造布表面光泽、耐磨、弹性、防污、防皱、增加非织造布滑爽风格,加上这类材料无毒、不污染环境,成本也不高,已大量用于各个行业。
1、有机硅柔软剂的分类及性能特点

有机硅柔软剂产品发展至今,根据其有效成分聚硅氧烷有机硅乳液的化学反应性和纤维反应性,可分为非活性、活性和反应性基团改性三类。

1.1 非活性有机硅柔软剂

此类柔软剂主要为二甲基硅油类,称为聚二甲基硅氧烷(DMPS),简称甲基硅油。可赋予织物较好的柔软性和耐热性,其乳液产品有Dow Corning 36、37 等。由于其聚合度不高,本身不能交联,对纤维也不起反应,整理后的织物手感、牢度及弹性均不理想,因此它不能直接作为柔软剂使用,必须在乳化剂的作用下制备成硅油乳液后才能应用于织物,以增加耐洗性,如日本的DIC Silicon softener 500和Bayer公司的Perlie SI。此类柔软剂称为第一代有机硅柔软剂。

1.2 活性有机硅柔软剂

此类柔软剂主要将二甲基聚硅氧烷(DMPS)线型结构的两端用羟基(-OH)取代,或用羟基封头,使其具有一定的亲水性。用这种端羟基封头的二甲基聚硅氧烷制成的乳液,即所谓的有机硅羟乳。此类产品种类相当多,可单独作柔软剂使用,也可和其它有机硅配合起交联反应,在纤维上形成不溶于水的分子膜,因此经整理后的织物具有一定的防水和耐洗效果,产品有Dow Corning 1111,瑞士Ciba Geigy 的Ultratex FSA 等。此类柔软剂为第二代有机硅柔软剂。按制备时采用的表面活性剂不同可分为阳离子、阴离子、非离子和复合离子几种类型。可根据织物种类的不同进行选择。

1.3 改性有机硅柔软剂

这类柔软剂是在有机硅分子链上引入其它活性基团,使其具有特殊功能以适应各类织物高档整理的需要,改善织物的抗静电、抗油污和亲水性能,并使化纤织物具有天然织物的许多优点,成为具有特殊功能的第三代有机硅柔软整理剂。

2、改性柔软剂的发展情况

70 年代后期发展起来的改性有机硅柔软剂,很多产品已用于织物的后整理,目前国内外正在继续研究和开发。这类产品是通过在硅氧烷侧链上引入氨基、环氧基、聚醚、羟基等各种活性基团,大大提高织物的亲水性、耐洗性、防缩性等,并依靠不同的基团赋予织物不同的风格。目前国内外正在继续研究和竞相开发的新产品一般分为三大类:反应型,包括氨基、环氧基、羧基、甲基丙烯基和氟烷基等改性;非反应型,主要为单纯的聚醚改性;混合型,如聚醚氨基和环氧基改性。在纺织上应用最多的是聚醚改性,而柔软剂以氨基改性较多,产品大多为混合改性,也包括少量单纯的氨基、环氧基、羧基和氟烷基等活性集团的改性。几种改性有机硅柔软剂功能基团及应用性能见下表

2.1 氨基改性有机硅柔软剂

氨基改性有机硅柔软剂是侧链或端基带有氨基的聚硅氧烷。氨基可为伯氨、仲氨、叔氨或铵盐,也可为芳香族氨。其合成方法有本体聚合和乳液聚合。经氨基改性有机硅柔软剂整理的织物弹性明显提高,与纤维的结合非常牢固,具有很好的耐洗效果,使其具有柔软、滑爽丰满、富有弹性的手感,同时大大提高织物的机械性能,还具有一定的抗皱、防缩的效果。在氨基改性有机硅柔软剂中带有氨乙基、氨丙基的有机硅得到的效果最好。

氨基改性有机硅柔软剂在受热或紫外线的影响下易泛黄,因而不宜用于浅色织物的柔软整理。目前,此类柔软剂仍在提高改进之中。改进的方法有环氧化、酰胺化或仲胺基化等,控制改性程度或采用混合改性,也可将其制成稳定的有机硅微乳液。

2.2 环氧改性有机硅柔软剂

按反应类型,环氧改性硅油主要有三种方法:含氢硅油与端烯基环氧化合物等的硅氢化加成反应;八甲基环四硅氧烷(D4)、含环氧基取代的环四硅氧烷(D4)等的聚合反应;其他合成方法,如α,ω-二羟基硅油和环氧氯丙烷的缩合反应等。环氧基具有很高的活性,能与纤维表面的羟基、氨基、羧基等基团进行交联反应,形成稳固的化学键,使处理后的织物具有耐久的整理效果。经环氧基改性有机硅处理过的织物高不泛黄具有良好的稳定性、柔软性,但滑爽性和吸水性较差。由于环氧基本身具有极高的反应活性。因此,可以通过在环氧基的末端接枝强吸水基团,来提高用环氧基改性有机硅处理过的织物的吸水性。

2.3 聚醚改性有机硅柔软剂

聚醚改性有机硅柔软剂的制备可按硅氢加成反应、酯化反应、迈克尔加成反应、活性氢环氧加成反应、醇氢缩合和硅氧烷水解缩合反应等机理进行,制备技术趋于成熟。由于该类聚合物还具有良好的适应性、生物相容性和低玻璃化温度,因此具有其它表面活性剂无法比拟的优势。在聚硅氧烷的侧链上引入水溶性的不饱和聚醚,可使疏水性的有机硅变为亲水性有机硅。经聚醚改性有机硅整理后的织物还具有良好的防沾污和抗静电性,但柔软性、耐洗性较差。由于其与其它整理剂有较好的配伍性,所以应用时还可与染色同浴。聚醚- 环氧混合改性有机硅兼具了聚醚和环氧有机硅的优点,同时弥补了它们各自的缺点,是一种综合性能很好的多功能多组分的有机硅整理剂。

2.4 其他改性有机硅柔软剂

2.4.1 羧基改性有机硅柔软剂

铂催化剂存在下,用不饱和脂肪酸与有机硅中的Si-H键进行加成反应,可得到羧基改性有机硅。羧基改性有机硅柔软剂具有化学反应性和极性,用于天然纤维后整理能与纤维很好结合,且能改善化纤的抗静电性和吸湿性。与氨基或环氧基改性有机硅并用,可提高柔软手感,且洗涤时不易脱落。

2.4.2 巯基改性有机硅柔软剂

用硫脲法或醋酸法可制得巯基改性有机硅。用其整理羊毛,可使羊毛具有耐久的防缩性和润滑性。

2.4.3 醇改性有机硅柔软剂

将不饱和醇与硅油中的Si-H 键极性加成,或利用引入羟基进行反应,可以得到醇改性有机硅。该类柔软剂可改善织物的染色性、耐热性和耐水性。

2.4.4 酯基改性有机硅柔软剂

用含氢硅油与丙烯酸酯在水溶性催化剂作用下,采用乳液聚合法合成了酯基改性有机硅柔软剂。该柔软剂可使织物手感柔软滑爽、弹性好,适用于化纤及其与棉的混纺织物的柔软整理。

3、有机硅柔软剂的发展及建议

(1)我国有机硅柔软剂的研究和开发已取得了很大的发展,但与国外相比产品种类相对较少、档次较低,部分高档产品仍需进口,因此需要加大对有机硅整理剂的研究、开发和应用力度,从而提高我国纺织产品的竞争力;

(2)提高对有机硅单体的生产和改性技术,继续研究开发乳化和微乳化技术,从而提高产品的质量和多功能化以满足市场的需求;

(3)对具有不同性能的柔软剂或表面活性剂复配,利用协同作用制成的新品种具有比单组分更优异的性能,可以得到性能更好、功能更多的柔软剂产品;(4)随着国内外市场对生态纺织品和环境保护要求的提高,须开发无甲醛、生物降解性能良好的柔软剂产品。在原有柔软剂结构上引入另一种柔软剂的功能基团,从而得到高性能的新型柔软剂





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