環(huán)三硅氧烷聚合制備含氟有機(jī)硅乳液

環(huán)三硅氧烷聚合制備含氟有機(jī)硅乳液

氟硅印染助劑的有效成分通常是由含有氟氟和有機(jī)硅的有機(jī)氟改性而成的。特別是含有氟有機(jī)硅聚合物的氟有機(jī)硅。由于其優(yōu)異的低表面能性質(zhì)和獨(dú)特的消泡、柔軟、拒水、拒油、防污等性能,氟硅類印染助劑越來(lái)越受到印染工作者的重視,但是制備工藝復(fù)雜及生產(chǎn)成本高等因素限制了這類助劑的廣泛應(yīng)用。具有拒水、拒油、防污等性能的染整助劑最初于1947～1948年由美國(guó)道康寧公司開發(fā)成功,其有效成分為含氫有機(jī)硅聚合物。20世紀(jì)80年代以來(lái),美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家不斷報(bào)道的氨基改性氟代硅油織物整理劑,可賦予織物高度耐久的防水性。這些有機(jī)硅印染助劑均為先合成出助劑有效成分,再將其配制成印染工作液使用。自從乳液聚合工藝在有機(jī)硅印染助劑制備方面得以應(yīng)用后,大大簡(jiǎn)化了有機(jī)硅印染助劑的制備工藝,合成得到的乳液可直接用于織物整理且降低了生產(chǎn)成本。本文主要由乳液聚合法直接制備環(huán)氧改性氟硅織物整理劑,結(jié)合應(yīng)用研究,對(duì)比研究了氟硅織物整理劑與普通甲基有機(jī)硅乳液的整理功效。1實(shí)驗(yàn)1.1整理使用的織物本文實(shí)驗(yàn)所用原材料有環(huán)氧丙氧丙基三(甲氧基)硅烷,AR,中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所;十二烷基硫酸鈉,CP,蘇州工業(yè)園區(qū)正興化工研究所;乳化劑Span-20,CP,中國(guó)醫(yī)藥(集團(tuán))上海化學(xué)試劑公司;十二烷基硫酸鈉(C織物整理使用經(jīng)練漂的常規(guī)純棉和滌綸織物。所用的主要儀器包括:P-AO型立式軋車,臺(tái)灣瑞比染色試機(jī)有限公司;MiniTenter連續(xù)式定型烘干機(jī),臺(tái)灣瑞比染色試機(jī)有限公司;YB813型織物沾水度測(cè)定儀,溫州大隆紡織儀器有限公司;YG026A型電子織物強(qiáng)力機(jī),常州市第二紡織機(jī)械廠。1.2氟有機(jī)硅乳液采用正交實(shí)驗(yàn)方案研究乳液配方及整理液制備工藝(表1)。利用含氟環(huán)硅氧烷陰離子開環(huán)聚合直接制備含氟有機(jī)硅乳液,反應(yīng)式如下:2L四口圓底燒瓶,配備機(jī)械攪拌、回流冷凝管、溫度計(jì)和加料漏斗。反應(yīng)瓶中依次加入900mL水、10～40g復(fù)合乳化劑(Span-20/十二烷基硫酸鈉)和6～30g氫氧化鈉,油浴加熱升溫至60℃后滴加含1.5g環(huán)氧改性劑的環(huán)硅氧烷單體D1.3試驗(yàn)方法將制備得到的有機(jī)硅乳液應(yīng)用于織物整理,采用的整理工藝如下。棉織物:二浸二軋(軋余率75%～80%)→烘干(80℃,180s)→、焙烘(150℃,3min)。滌綸織物:二浸二軋(軋余率75%～80%)→烘干(80℃,180s)→焙烘(160℃,3min)。2結(jié)果與討論2.1正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果本文采用正交實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行乳液聚合,所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。2.2乳化劑的用量正交實(shí)驗(yàn)中主要考察指標(biāo)為制備所得乳液的穩(wěn)定性。由正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果將乳液穩(wěn)定時(shí)間分別對(duì)催化劑用量、乳化劑用量、乳化劑比例、環(huán)氧改性劑用量、聚合反應(yīng)時(shí)間5項(xiàng)工藝參數(shù)作圖,得到圖1～5。由圖1可知,隨著催化劑NaOH用量增加,制備所得乳液穩(wěn)定性降低。當(dāng)NaOH用量為30g時(shí)反應(yīng)一定時(shí)間后反應(yīng)液中析出白色固體產(chǎn)物,這可能是由于NaOH用量過(guò)多時(shí)使改性劑中的環(huán)氧基開環(huán)交聯(lián)后從乳液中沉析所致。從乳化劑用量與乳液穩(wěn)定性關(guān)系圖2可知,乳化劑用量過(guò)多不利于乳液的穩(wěn)定。復(fù)配乳化劑的比例對(duì)乳液穩(wěn)定性也有很大的影響。要得到穩(wěn)定的乳液,被乳化物的親水親油平衡值(HLB值)必須和乳化劑的HLB值接近,所以兩種不同的乳化劑進(jìn)行復(fù)配后具有的HLB值與被乳化物HLB相近時(shí)得到的乳液才會(huì)穩(wěn)定。由圖3可知,在乳化劑Span-20和十二烷基硫酸鈉的質(zhì)量比為1:1時(shí),制備的含氟有機(jī)硅乳液穩(wěn)定性良好。環(huán)氧改性劑用量的增加會(huì)增加有機(jī)硅高分子鏈相互間鍵合,使乳液中有機(jī)硅乳膠粒粒徑變大,影響乳液的穩(wěn)定性由表2中正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果得到由D為對(duì)比研究含氟有機(jī)硅乳液與甲基有機(jī)硅乳液用于織物整理時(shí)的功效差別,按照上述含氟有機(jī)硅乳液制備工藝,以D2.3氟硅聚合物的紅外光譜得到的含氟有機(jī)硅聚合物的IR圖譜見圖6。其中,2917.3cm2.4拒水性能測(cè)試?yán)弥苽涞暮袡C(jī)硅乳液和甲基有機(jī)硅乳液分別對(duì)棉織物、滌綸進(jìn)行整理,主要考察織物整理前后的拒水性能。參照GB4745—84《紡織織物表面抗?jié)裥詼y(cè)試方法》以ISO—4920型淋雨性能測(cè)試儀測(cè)試織物的拒水性能。將織物固定在直徑為150mm的環(huán)上,使織物成45°角傾斜,在離測(cè)試中心150mm的上方沿織物經(jīng)向噴淋250mL蒸餾水,然后取下觀察織物并參考標(biāo)準(zhǔn)照片(見圖7)評(píng)分。拒水性能共分6級(jí),分別以100分、90分、80分、70分、60分、50分和0分表示,其中:100分表示表面無(wú)粘著的水珠或被潤(rùn)濕的現(xiàn)象;90分表示表面輕度無(wú)規(guī)則的粘著水珠或被潤(rùn)濕的現(xiàn)象;80分表示表面在噴著點(diǎn)處被潤(rùn)濕;70分表示整個(gè)表面受到部分潤(rùn)濕;50分表示整個(gè)表面受到全部潤(rùn)濕;0分表示正反面全部潤(rùn)濕。2.4.1用于棉紡和絲綢紡織機(jī)的清潔對(duì)棉織物、滌綸進(jìn)行整理前后兩種織物性能數(shù)據(jù)分別見表3、4。2.4.2無(wú)氟有機(jī)硅乳液整理織物由表3、4可知,棉織物經(jīng)兩種有機(jī)硅乳液整理后增重率明顯提高,說(shuō)明有機(jī)硅乳液中的有效成分已與織物發(fā)生反應(yīng)附著于織物上。反應(yīng)時(shí)有機(jī)硅高分子中的環(huán)氧基可與纖維發(fā)生如下反應(yīng):整理后兩種織物的拒水性能均有所提高,含氟有機(jī)硅乳液整理時(shí)拒水效果優(yōu)于甲基硅乳液,這是因?yàn)楹袡C(jī)硅聚合物分子結(jié)構(gòu)中含有疏水性—CF整理后織物的折皺回復(fù)角變大,這是因?yàn)檎韯┲杏袡C(jī)硅高分子在纖維分子間生成了共價(jià)交聯(lián),從而使得纖維在形變過(guò)程中回復(fù)能力增加。同時(shí),有機(jī)硅整理劑可以較好地降低織物纖維間相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的表面摩擦效應(yīng),且纖維折皺回彈時(shí),需要克服摩擦阻力所做的功變小,故折皺回復(fù)角變大3含氟有機(jī)硅整理劑的復(fù)配乳化劑的制備通過(guò)研究環(huán)氧改性氟硅乳液與甲基有機(jī)硅乳液的制備工藝,合成得到了穩(wěn)定性能良好的有機(jī)硅織物整理劑。對(duì)比研究了兩種整理劑的整理功效,得出以下結(jié)論:(1)制備環(huán)氧改性含氟有機(jī)硅乳液時(shí),以Span-20/十二烷基硫酸鈉作為復(fù)配乳化劑,由D(2)采用以上制備工藝,以D(3)將制備得到的含氟有機(jī)硅整理劑和甲基有機(jī)硅整理劑應(yīng)用于棉和滌綸織物整理,得到的整理工藝如下,純棉織物:二浸二軋(軋余率75%～80%)→烘干(80℃,180s)→焙烘(150℃,3min);滌綸織物:二浸二軋(軋余率75%～80%)