聚硅氧烷季銨鹽整理劑的應(yīng)用工藝研究(1)

1、 聚硅氧烷季銨鹽整理劑的應(yīng)用工藝研究學(xué) 院： 紡織與材料學(xué)院 班 級(jí)： 輕化工程12級(jí)03班 姓 名： 閆樂樂 學(xué) 號(hào)： 41201030317 指導(dǎo)老師： 習(xí)智華 摘要：本文介紹了聚硅氧烷季銨鹽整理劑的理化性質(zhì)，說明了聚硅氧烷季銨鹽整理劑中的有效化學(xué)結(jié)構(gòu)，闡述了紡織品多功能整理劑聚硅氧烷季銨鹽使紡織品獲得集柔軟性、抗菌性、親水性、抗靜電性等優(yōu)良性能于一體的抗菌整理功能的原理，通過對(duì)聚硅氧烷季銨鹽整理劑工藝條件對(duì)織物應(yīng)用性能的影響，確定棉織物的最佳整理工藝為：紡織品準(zhǔn)備浸軋整理液（20g/L，45，軋液率75%）預(yù)烘（80，3min）焙烘（120，120s）。關(guān)鍵詞：抗菌整理劑 聚硅氧烷季銨鹽

2、 性能 工藝 純棉織物1. 背景：這些年來，隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們?cè)絹碓阶非罂椢锏陌踩孢m性、以及抗菌抑菌環(huán)保性。眾所周知，我們平時(shí)穿的衣服上，或者是所接觸到的紡織品上總是存在著各種各樣的的微生物，雖然大多數(shù)微生物是非致病的，但是在人體皮膚的汗液、代謝細(xì)胞廢屑以及皮脂的滋養(yǎng)下，會(huì)大量繁殖，從而對(duì)人體皮膚產(chǎn)生不良的刺激，再加上細(xì)菌代謝分解產(chǎn)生的臭味，更容易讓人感到異常不適，甚至更嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)引發(fā)皮膚病、傳染病，從而影響人們的日常生活。因此，紡織品的抗菌抑菌整理工藝技術(shù)的研究以及抗菌抑菌整理劑的研發(fā)顯得尤為重要，也迫在眉睫。無機(jī)型、雙胍型、季銨鹽型以及有機(jī)硅季銨鹽類是我們常用在紡織品

3、整理中的抗菌整理劑。一般的季銨鹽型抗菌整理劑因?yàn)樗幕瘜W(xué)活性偏低，在抗菌整理過程中通常以游離態(tài)存在的，將其應(yīng)用在紡織品上的時(shí)候也是溶出型的，整理劑容易被洗除，抗菌效果的持久性較差，并且在穿著的過程中容易富集在人體表面，再加之它較大的刺激性和毒性，如果長(zhǎng)期使用，會(huì)產(chǎn)生病變。然而有機(jī)硅季銨鹽類抗菌整理劑卻能有效的避免上述問題的發(fā)生，因?yàn)閷儆诜侨艹鲂偷目咕韯?，它是有機(jī)硅通過改性后的產(chǎn)品，是集有機(jī)硅賦予織物柔軟、滑順、抗靜電等的優(yōu)良性能和季銨基團(tuán)的殺菌特性于一體的新型的陽離子型表面活性劑。它憑借自己優(yōu)良的抗菌效果及持久抗菌性，具有很大的應(yīng)用空間，同時(shí)它還有很廣泛的應(yīng)用范圍，能有效地抑制革蘭氏陰（陽

4、）性菌，酵母菌以及真菌，再加上通過聚硅氧烷抗菌整理劑處理過的織物，能使織物獲得良好的柔軟手感，因此聚硅氧烷季銨鹽抗菌整理劑處理織物時(shí)不僅獲得了我們需要的抗菌效果，同時(shí)還能賦予織物良好的柔軟效果。2. 聚硅氧烷季銨鹽的簡(jiǎn)介2.1 季銨鹽季銨鹽的結(jié)構(gòu)一般如下所示: 式中陽離子部分的R到R3代表烴基，這四個(gè)烴基可以是烷烴、烯烴、芳香烴、芳雜環(huán)烴基，它們可以相同，也可以不同，烷烴和烯烴基團(tuán)上還有帶有-OH、-NH2、-COOH等基團(tuán)，Z-則代表的是鹵素離子或者NO3-、HSO4-等離子，常見的是Cl-。季銨鹽與伯、仲、叔胺鹽不同，它與堿作用得到的不是游離胺，而是含有季銨堿的平衡混合物，其電離常數(shù)接近氫

5、氧化鈉等無機(jī)強(qiáng)堿，其反應(yīng)方程式如下所示： 季銨鹽屬于陽離子型面活性劑，水溶性良好，隨著碳鏈長(zhǎng)度的增加，其水溶性下降。有機(jī)硅季銨鹽中碳原子數(shù)低于14時(shí)季銨鹽易溶于水，碳原子數(shù)高于14時(shí)季銨鹽難溶于水。單長(zhǎng)鏈烷基季銨鹽溶于極性有機(jī)溶劑，不溶于非極性有機(jī)溶劑；雙長(zhǎng)鏈烷基季銨鹽幾乎不溶于水，溶于非極性有機(jī)溶劑。如果季銨鹽的烷基鏈中含有不飽和雙鍵，能夠增加其溶解性。2.2 聚硅氧烷季銨鹽聚硅氧烷季銨鹽是一種新型的陽離子表面活性劑，它的結(jié)構(gòu)通式如下：Si、O原子交替組成的穩(wěn)定骨架構(gòu)成了聚硅氧烷季銨鹽的主鏈，其中在Si原子連接一些有機(jī)烴的線型聚合物。聚硅氧烷季銨鹽抗菌效果持久，且抗菌范圍廣泛，耐洗性良好，將

6、其整理在織物上，織物能夠有效地抑制革蘭氏陰/陽性菌、酵母菌以及真菌。有機(jī)硅季銨鹽作為季銨鹽的一種,它具有季銨鹽的一些特性，同時(shí)它也屬于有機(jī)硅類表面活性劑，有機(jī)硅表面活性劑有著很寬的HLB平衡值，通過改變親水基團(tuán)的數(shù)量、長(zhǎng)短、位置和離子類型，可以制成一系列不同濁點(diǎn)的表面活性劑，而且它們有活性基團(tuán)，特別是含有羧基、環(huán)氧基、甲氧基等，使聚硅氧烷季銨鹽具有較好的親水性。一般情況下，烷烴鏈構(gòu)成了表面活性劑的疏水基團(tuán)，但是有機(jī)硅類表面活性劑的疏水基卻是由聚合度適中的(2000以下)硅氧烷鏈組成的，有機(jī)硅聚合物側(cè)鏈上連有的基團(tuán)如甲基、苯基、乙烯基等基團(tuán)。若在上述分子結(jié)構(gòu)中引入氨烴基，甲基丙烯酰氧丙基、腈基、

7、甜菜堿基、磺酸鹽基、磷酸鹽基等，可制成各具特殊性能的有機(jī)硅表面活性劑，使它既有有機(jī)物的特性同時(shí)兼有無機(jī)物的特性。有機(jī)硅表面活性劑的獨(dú)特之處還在于聚二甲基硅氧烷疏水基有許多優(yōu)良的性能，如低表面張力，優(yōu)良的粘溫特性，柔順性和在極性表面易鋪展性以及良好的疏水性和適合在較寬的溫度范圍下的使用性能等。聚硅氧烷季銨鹽因其特殊的分子結(jié)構(gòu)及優(yōu)良的應(yīng)用性能，有著廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿Α?. 聚硅氧烷季銨鹽的作用機(jī)理聚硅氧烷季銨鹽類抗菌整理劑是將具有殺菌性能的陽離子基團(tuán)引入硅氧烷側(cè)鏈上，從而制得的一種集柔軟性、抗菌性、親水性、抗靜電性等優(yōu)良性能于一體的抗菌整理劑，這種抗菌整理劑屬于非溶出型的抗菌整理劑，具有良好

8、的抗菌持久性，而且在使用過程中不需要添加反應(yīng)性的樹脂，整理后織物上也不存在抗藥性的問題和織物抗菌失效的問題，聚硅氧烷季銨鹽安全可靠，是一種比較理想的抗菌整理劑。美國(guó)道康寧公司開發(fā)的DC-5700是一類非溶出型抗菌整理劑，它抗菌效果持久優(yōu)異，下面以它為例來說明有機(jī)硅季銨鹽類抗菌劑的作用機(jī)理和殺菌機(jī)理。3.1 作用機(jī)理DC-5700的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如公式(1-1)所示，左端的三甲氧基硅烷基具有硅烷偶合性，當(dāng)用水稀釋DC-5700時(shí)，發(fā)生水解反應(yīng)，如公式(1-2)，并生成硅醇基，此硅醇基與織物表面和彼此之間發(fā)生脫水縮合反應(yīng)，從而使DC-5700以共價(jià)鍵牢固地結(jié)合在織物表面，如圖1所示。圖1 DC-570

9、0 共價(jià)鍵結(jié)合模式DC-5700與纖維表面不僅以牢固的共價(jià)鍵形式結(jié)合，而且側(cè)鏈的陽離子基團(tuán)RN還與纖維表面上的負(fù)電荷相吸引，形成離子結(jié)合，即靜電結(jié)合，還有 DC-5700彼此間的脫水縮合反應(yīng)即在彼此纖維表面上形成了堅(jiān)固的覆膜。如圖2所示。圖2 DC-5700 靜電結(jié)合模式DC-5700在織物表面以共價(jià)鍵和靜電兩種形式結(jié)合，形成了牢固的、耐久性的、優(yōu)越的“Biosil”抗微生物表面膜。如圖3、圖4所示。圖3 DC-5700 結(jié)合模式 圖4 DC-5700 殺菌模式3.2 殺菌機(jī)理我們知道細(xì)菌也是由細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核組成。細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的主要成分是磷脂雙分子層，表面帶有負(fù)電荷。細(xì)菌在中

10、性或弱堿性介質(zhì)中比較容易生存繁衍，當(dāng)用有機(jī)硅整理劑處理過的織物接觸到細(xì)菌時(shí)，織物上所帶的陽離子就會(huì)對(duì)帶負(fù)電和的細(xì)菌產(chǎn)生吸引，使細(xì)菌無法自由活動(dòng)，細(xì)菌的呼吸機(jī)能也在一定程度上受抑制，使細(xì)菌無法正常生存與繁衍，從而達(dá)到抑菌、殺菌的作用，這時(shí)候我們說細(xì)菌發(fā)生了“接觸死亡”。另外，細(xì)菌的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜上的負(fù)電荷會(huì)在靜電場(chǎng)的作用下發(fā)生遷移從而使細(xì)胞壁、細(xì)胞膜上的負(fù)電荷分布不均勻而產(chǎn)生變形、破裂，細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞質(zhì)、蛋白質(zhì)及一些遺傳物質(zhì)滲出，此時(shí)細(xì)菌出現(xiàn)“細(xì)菌溶體”現(xiàn)象而死亡，如圖4所示，又由于季銨鹽具有高度表面活性作用（界面活性），容易粘附在微生物的表面，與蛋白質(zhì)、磷脂結(jié)合，損傷細(xì)菌細(xì)胞膜，改變細(xì)胞膜的通透

11、性，或使細(xì)胞膜破裂，水解酶游離而發(fā)生自體溶解；低濃度溶液可使細(xì)菌蛋白變性，抑制微生物的新陳代謝，高濃度時(shí)則使蛋白沉淀，使細(xì)菌必要的酶破壞而死，將細(xì)菌殺死。并且有機(jī)硅季銨鹽對(duì)病毒體內(nèi)的結(jié)構(gòu)具有嚴(yán)重的破壞作用，體內(nèi)結(jié)構(gòu)受損病毒即死亡從而體現(xiàn)了有機(jī)硅季銨鹽良好的“殺毒”功效。但是僅對(duì)有胞膜的病毒有殺滅作用，主要因?yàn)樵摽咕鷦┲挥凶饔糜诎⑵淦茐牟拍軐⒉《練纭；谀壳皩?duì)殺菌整理劑殺菌機(jī)理的研究情況，認(rèn)為小分子量的季銨鹽殺菌過程可以分為六步：（1）季銨鹽吸附到菌體表面；（2）季銨鹽穿透細(xì)胞壁；（3）季銨鹽與細(xì)胞膜結(jié)合；（4）季銨鹽擾亂細(xì)胞膜組成；（5）細(xì)胞膜內(nèi)的物質(zhì)泄漏，如K+，DNA，RNA等；（6

12、）細(xì)菌死亡。無論是有機(jī)硅季銨鹽還是其他基團(tuán)的季銨鹽其抗菌模式基本上都與DC-5700相同，它們對(duì)革蘭氏陰/陽性菌都有較強(qiáng)的抗菌效果，并且性質(zhì)穩(wěn)定，抗菌效果比較持久。4. 聚硅氧烷季銨鹽在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用聚硅氧烷季銨鹽屬于陽離子表面活性劑，而且是新興發(fā)展起來的，在織物整理過程中將其作為柔軟抗菌整理劑使用，賦予織物良好的吸濕排汗性、柔軟平滑性以及抗靜電性等特種功能。聚硅氧烷季銨鹽作為抗菌防霉衛(wèi)生整理劑在紡織品整理中的應(yīng)用非常廣泛，它不僅僅被應(yīng)用在日常的衣帽鞋襪、床單被罩、窗簾墊子、衛(wèi)生巾紙尿布的抗菌衛(wèi)生整理中，還被廣泛應(yīng)用在醫(yī)療衛(wèi)生方面，如醫(yī)院醫(yī)務(wù)人員的醫(yī)療器械、紗布的抗菌整理，傷員的衣物抗菌整理都

13、在用聚硅氧烷季銨鹽進(jìn)行抗菌整理。經(jīng)抗菌整理劑處理的這些織物及紡織品不僅有優(yōu)異的殺菌效果而且耐水洗性能良好，同時(shí)它無毒、無刺激，完全符合人體安全性要求。另外還可以用作殺菌液。將聚硅氧烷季銨鹽整理劑配制成0.110mg/L的稀溶液，放在洗浴盆里，可以使人放心洗浴，有效殺死細(xì)菌，這也將成為比較有應(yīng)用前景的小包裝、便攜式差旅衛(wèi)生保健品。聚硅氧烷季銨鹽的正電中心+離子處于外側(cè)，不僅僅可以導(dǎo)電，賦予紡織品明顯的抗靜電作用；而且還可以吸附帶有負(fù)電荷的細(xì)菌，賦予織物顯著地抗菌性能。含有氨基的有機(jī)硅季銨鹽是具有天然柔軟性的有機(jī)硅氨基聚硅氧烷季銨化所得，所以經(jīng)含有氨基的有機(jī)硅季銨鹽處理后的織物和紡織品不僅有優(yōu)異的

14、抗菌性、抗靜電性，而且手感柔軟，可以兼做柔軟劑；聚醚基有機(jī)硅季銨鹽是醚基聚硅氧烷季銨化所值得的，它既能溶于水又與陰離子型表面活性劑有很好的配伍性，可以在很大程度生增加材料的表面活性，所以經(jīng)其整理的織物和紡織品，除了具有抗菌性外，還有良好的親水性，它可以兼做親水劑。在皮革、無紡布、聚氨酯、橡膠、人造纖維、合成纖維中適當(dāng)添加聚硅氧烷季銨鹽，雖然成本增加不多，但是防霉抗菌效果卻大大加強(qiáng)。而且用聚硅氧烷季銨鹽整理過的漁網(wǎng)能夠耐得住海水的腐蝕，海風(fēng)的侵襲，這主要是因?yàn)榫酃柩跬榧句@鹽能在織物表面形成一層結(jié)實(shí)的薄膜，能夠有效地提高織物的抗撕裂、耐摩擦性能。5. 聚硅氧烷季銨鹽整理劑的應(yīng)用工藝研究通過聚硅氧烷

15、季銨鹽整理劑用量、整理液浴比、整理液pH、軋余率、浸漬溫度、焙烘溫度等對(duì)織物應(yīng)用性能的影響的分析，我們可得出聚硅氧烷季銨鹽整理劑整理的工藝為：紡織品準(zhǔn)備浸軋整理液（20g/L，45，軋液率75%）預(yù)烘（80，3min）焙烘（120，120s）。6. 結(jié)論本文介紹了聚硅氧烷季銨鹽整理劑的理化性質(zhì)，說明了聚硅氧烷季銨鹽整理劑中的有效化學(xué)結(jié)構(gòu)，闡述了紡織品多功能整理劑聚硅氧烷季銨鹽使紡織品獲得集柔軟性、抗菌性、親水性、抗靜電性等優(yōu)良性能于一體的抗菌整理功能的原理，通過對(duì)聚硅氧烷季銨鹽整理劑工藝條件對(duì)織物應(yīng)用性能的影響，確定棉織物的最佳整理工藝為：紡織品準(zhǔn)備浸軋整理液（20g/L，45，軋液率75%）

16、預(yù)烘（80，3min）焙烘（120，120s）。通過本人的查詢與知識(shí)的有限儲(chǔ)備，本文不足之處還是有很多，有機(jī)會(huì)再繼續(xù)探討。參考文獻(xiàn)1張媛霞，袁素蘭，阮洪芬.氨基硅油中氨中和值及中間產(chǎn)物環(huán)氧值、含率量的測(cè)定J.有機(jī)硅材料及應(yīng)用，1995，(5):23252郭登峰,郭臘梅.殼聚糖-銀復(fù)合抗菌整理劑及對(duì)棉非織造布的抗菌整理J.印染助劑,2007,24(8):3842.3李宗石，劉平芹，徐明新編，表面活性劑合成與工藝M，北京，中國(guó)輕工業(yè)出版社，1995，242246，248250.4李俊英,馮圣玉,李天鐸.聚硅氧烷季銨鹽抗菌整理劑的合成及應(yīng)用,日用化學(xué)工業(yè),2003年8月,33(4):2495 Johnson B, KennaIl J,Lin F. silicon based qIlatemary ammoniumfunctional compositions and their applications:W003035765P,2003-01,05.6蔡翔，蘇開第，新型抗菌整理劑CL的合成J，毛紡科技，2000，28（5），46.7夏金蘭，王春，劉新星，抗菌劑及抗菌機(jī)理J，中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，35（1），3138.8崔淑玲，趙立環(huán)，季銨鹽在紡織加工中的應(yīng)用J，印染助劑，