有机硅柔软剂SR-2的合成工艺研究

王小娟

(陕西工业职业技术学院,陕西咸阳712000)

【摘要】通过将氨基硅油进行醚化改性,合成了一种新型的符合环保要求的有机硅柔软剂SR-2。重点分析聚合反应温度、反应时间、改性剂用量和乳化剂用量等单因素对合成工艺的影响;并且讨论了反应条件对织物性能的影响,最终确定了聚合反应的最佳工艺条件:反应温度为90℃,反应时间为4h,改性剂用量14%(质量分数),乳化剂用量9%(质量分数)。

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关键词 柔软剂;有机硅;合成;聚醚

Doi:10.3969/j.issn.2095-0101.2015.04.011

中图分类号:TQ314.24文献标识码:A文章编号:2095-0101(2015)04-0035-03

氨基改性有机硅柔软剂具有优良的滑爽性、柔软性和成膜性等特性,广泛用于多种纺织后整理中[1]。但是因其疏水性和高温泛黄等缺点,使其在织物整理方面的应用受到限制。在氨基有机硅柔软剂中引入亲水性的聚醚基团,在保留氨基原有的柔软特性的基础上,可以赋予整理织物良好的亲水性和抗静电性,同时可以有效地抑制黄变现象的发生[2]。

本实验采用氨基硅油醚化的方法,合成出一种亲水性好、柔软性优良和无黄变性的环保型有机硅柔软剂SR-2。通过实验确定其最佳合成的条件,重点分析聚合反应温度、反应时间、改性剂用量和乳化剂用量等单因素对合成工艺的影响。

1试验

1.1原料及仪器

药品:高氨值硅油AV-3169;环氧基聚醚改性剂,AEO3,AEO9(工业级,先进华联精细化工有限公司);氢氧化钠(分析纯,天津市红岩化学试剂厂)。

仪器:JB-2型搅拌器(上海司乐仪器厂)、FA2004型电子分析天平(上海恒平科学仪器有限公司)、MH500型电子调温电热套(北京科伟永鑫实验仪器有限公司)、JJ-1型精密增力电动搅拌器(常州国华电器有限公司)、pHS-3C型数字酸度计(上海理达仪器厂)、NDJ-5型旋转式粘度计(上海天平仪器厂)。

1.2有机硅柔软剂的合成

用四口烧瓶作反应容器,将氨基硅油、乳化剂一次性加入到四口烧瓶中,搅拌均匀,回流冷凝,升温至反应温度。边搅拌边滴加改性剂,继续恒温反应数小时。将计量的去离子水加入搅匀,降温35℃以下,用50%的冰醋酸调节pH值为6~7,冷却出料即得成品。

1.3测试

1.3.1有机硅柔软剂的理化性能

1.3.1.1外观

目测法观测聚硅氧烷季铵盐外观。

1.3.1.2含固量

通过烘燥法测试含固量。

1.3.1.3黏度的测定

旋转黏度计测量黏度。

1.3.1.4pH值

pH值用精密酸度计测定。

1.3.1.5乳液稳定性[3]

1.3.1.5.1乳液离心稳定性

在15mL离心试管内加入12mL乳液样品,放入离心沉淀器里,以3000r/min转速离心,每隔5min、15min、30min、60min观察一次,记录管内乳液的分层、结膜及试管壁上的各种现象。不分层、不漂油、不破乳属乳液离心稳定性良好。

1.3.1.5.2乳液耐电解质稳定性

在100mL烧杯里加入1g有机硅乳液,49mL2%的MgCl2·6H2O溶液,放置。分别在4h和24h观察烧杯内乳液的稳定情况,如不漂油、不分层、不破乳表明乳液耐电解质稳定性良好。

1.3.1.5.3乳液耐酸稳定性

在100mL烧杯里称取2g有机硅乳液样品,然后加入48mL盐酸溶液(已调节至pH值为3~4),静止放置24h,观察杯内乳液的稳定情况,并记录是否有漂油、破乳等现象,如不漂油、不破乳表明乳液耐酸稳定性良好。

1.3.1.5.4乳液耐碱稳定性

 在100mL烧杯里称取2g有机硅乳液样品,然后加入48g氢氧化钠溶液(已调节至pH值为11~12),静止放置24h,观察杯内乳液的稳定情况,并记录是否有漂油、破乳等现象,如不漂油、不破乳表明乳液耐碱稳定性良好。

1.3.1.5.5乳液的耐热稳定性

在15mL的试管中,加入10mL有机硅乳液,封好试管口,放置在60℃的恒温环境中,放置一周,观察乳液的分层、漂油、絮凝情况,如不分层、无絮凝、不漂油,则表明乳液的耐热稳定性好。

1.3.2环氧值的测定[4]

环氧值是指每100g样品中所含环氧值的克当量数。通过环氧值的测定来计算开环反应的转化率,从而确定反应转化率。

环氧值X按下式计算:

1.3.3亲水性测试

按照AATCC-79标准测定。

1.3.4手感测试[5]

5~10人组成一个小组,对整理织物触摸,进行评级。将手感分为5级,以未整理的空白布为1级,以氨基硅油整理的织物(同等条件下)手感为5级。

1.3.5黄变测试

用白度仪测试整理织物的光谱反射率,与空白布相比,处理后织物的白度越大,即与空白织物的白度差值越小,织物的色变程度越小。

1.4处理方法和工艺

织物:纯棉平纹40×40白坯。

配方:柔软剂乳液稀释为20%使用,用量为20g/L。

工艺:浸轧(一浸一轧,轧余率70%)→烘干(110℃×60s)。

2结果与讨论

2.1合成条件的确定

2.1.1反应温度和时间的确定

温度对反应速率的影响很大。反应温度高,反应速率增大,达到目标产物所需时间短。但由于该反应是放热反应,反应温度越高,反应速率越快,反应体系温度升高越快,反应难以控制,易导致产品颜色变深,从而影响产品质量;反应温度低,达到目标产物所需时间长,这不仅影响生产效率,还需要安排轮班,这样不仅增加了成本,而且不利于产品的质量控制。

在小样实验中,选择不同的反应温度,按照1.3.2所述的环氧当量的测定方法在相同的时间间隔内取样测反应体系的环氧当量,进而计算转化率来监测反应的进程。所得数据如图1。

从图1可以看出,90℃时反应12h,改性剂的转化率达到90%左右,继续延长反应时间,转化率变化不大,而且产品的颜色变深。在80℃时,反应16h才可以达到86%的转化率,70℃时反应16h转化率仍在70%以下。100℃时反应10h转化率就可以达到90%,但是反应速率过高,反应体系产生的热量快,反应体系黏度大,不易散热,所以反应温度不易控制。而且100℃反应,产品颜色深,不受买方欢迎。综合考虑将反应条件定为90℃,反应12h。

2.1.2改性剂用量对产品性能的影响

改性剂的用量对于产品的水溶性及对整理织物的手感、亲水性均有影响。调节硅油与改性剂的用量比,在90℃下反应12h,取样稀释到20%左右的含固量,用1.4所述工艺打版,整理后织物的手感和亲水性如表1。

从表1可以看出,当硅油与改性剂的用量比大于100∶25时,产品即可水溶,改性剂的用量越大,整理织物的亲水性越好,但手感会有所下降。综合考虑手感和亲水性两方面的要求,选择硅油与改性剂的用量比为100∶30。

2.1.3乳化剂的选择与用量的确定

实验采用的乳化剂,选择两种HLB值差异较大的非离子乳化剂复配使用,而且对于乳化剂的分子结构要有选择。根据最新发布的绿色助剂要求,对烷基酚类等不易生物降解的乳化剂禁止使用,所以实验排除采用NP、OP系列乳化剂。经过反复实验,选择两种AEO系列的乳化剂复配,一种是亲水性,一种是亲油性,通过调节二者的比例和用量,可以制备出稳定透明的有机硅微乳液。实验经过反复调试,当复配乳化剂的用量用到硅油和改性剂总量的22.77%时,可以制备出稳定透明的有机硅微乳液。

2.1.4加料方式的选择

实验的聚合反应,是采用滴加的方式加料。先将硅油和乳化剂投入到反应容器中,均匀搅拌,冷凝回流并升温至反应温度。恒温滴加改性剂,4h滴完。滴定速度不能太快,否则反应体系黏度增长过快,反应热不易释放,反应温度很难控制。

2.2产品理化性能测试结果

中试生产后,化验员取小样,用1.3.1所述的方法测定产品的理化性能,测试结果如表2。

3结语

3.1通过单因素试验确定了聚合反应的最佳工艺条件:反应温度为90℃,反应时间为4h,改性剂用量14%(质量分数),乳化剂用量9%(质量分数)。

3.2确定最佳的合成工艺为:将乳化剂和硅油加入到反应釜,冷凝回流,搅拌均匀,升温至90℃。在90℃恒温条件下,滴加改性剂,4h滴完。继续恒温反应8h,降温。用80~100r/min的搅拌速度,边搅拌边加入计量的去离子水。冷却到35℃以下,用50%的冰醋酸将pH值调为6~7,出料即得成品。

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参考文献

[1]唐增荣.纺织品柔软整理剂的应用研究[J].染整科技,2000,(1):27-31.

[2]万震,毛志平.新型亲水性有机硅柔软剂[J].针织工业,2002,(1):65-67.

[3]氨基改性有机硅柔软剂[J].纺织化学品化工文摘,2003,(10):42.

[4]安秋凤,陈孔长,李林生.有机硅柔软剂的发展与展望[J].化学通报(网络版),2000,(1).

[5]黄世强等.有机硅柔软剂的种类与应用[J].化工新型材料,1998,(3):20-23.

浏览次数:  更新时间:2015-10-07 10:09:09
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