亲水性有机硅柔软剂的研制及应用

论文摘要

氨基硅油在赋予棉织物优良的柔软性同时,也会使整理织物的亲水性明显变差。为此,人们对氨基硅油进行亲水改性,但目前现有的产品仍难以同时兼具良好的柔软性和亲水性。对此,本文合成了三种不同结构的亲水性有机硅柔软剂——侧链型聚醚改性氨基硅油、端季铵盐型嵌段聚醚聚硅氧烷和新型季铵盐聚醚聚硅氧烷共聚物,研究和比较了这三种整理剂的应用性能。具体研究内容及其结果如下:第一部分:聚醚改性氨基硅油的制备及应用研究。以氨基硅油和环氧聚醚为原料,制备了可自乳化的聚醚改性氨基硅油（PMAS）。研究氨基硅油氨基与环氧聚醚环氧基的摩尔比、氨基硅油的氨值和粘度对PMAS乳液粒径及其整理棉织物柔软性、亲水性和白度的影响,优化合成反应条件;研究整理剂用量、焙烘温度和焙烘时间对整理织物应用性能的影响,优化整理工艺条件,并与氨基硅油和市场上同类产品进行应用性能比较。研究结果表明:当氨基硅油氨基和环氧聚醚环氧基摩尔比为1:1,氨基硅油的氨值为0.9mmol/g、粘度约1450mPa·s时,所合成的聚醚改性氨基硅油具有自乳化功能且乳液稳定;PMAS应用于棉织物的整理工艺优化条件为整理剂用量10g/L,焙烘温度140℃,焙烘时间50s;相对氨基硅油,聚醚改性氨基硅油整理棉织物具有相当的柔软性,且其亲水性得到了明显提高,但与市场产品相比,亲水性仍有待提高。第二部分:端季铵盐型嵌段聚醚聚硅氧烷的制备及应用研究。以两端含氢硅油和双端烯丙基聚醚为原料,合成两端含氢型嵌段聚醚聚硅氧烷,再与烯丙基缩水甘油醚通过硅氢加成反应制得端环氧基嵌段聚醚聚硅氧烷,最后与十八叔胺反应合成出端季铵盐型嵌段聚醚聚硅氧烷。研究中间体——两端含氢型嵌段聚醚聚硅氧烷和目标产物——端季铵盐型嵌段聚醚聚硅氧烷的各单元合成反应工艺因素对转化率的影响,优化各单元合成工艺条件;研究端季铵盐型嵌段聚醚聚硅氧烷应用于棉织物的整理工艺因素对整理织物应用性能的影响,优化其整理工艺条件,并与氨基硅油和市场上同类产品进行应用性能比较;采用红外光谱仪、核磁共振仪对中间产物——端环氧基嵌段聚醚聚硅氧烷结构进行分析。研究结果表明:两端含氢型嵌段聚醚聚硅氧烷合成工艺优化条件为:两端含氢硅油和双端烯丙基聚醚的摩尔比为1.2:1,反应温度为75℃,反应时间3 h,催化剂用量为0.10%,溶剂乙酸乙酯用量为35%;端季铵盐型嵌段聚醚聚硅氧烷的合成（端环氧基嵌段聚醚聚硅氧烷季铵化改性）工艺优化条件为反应温度90℃,反应时间4.5h,溶剂异丙醇用量为30%;端季铵盐型嵌段聚醚聚硅氧烷应用于棉织物的整理工艺优化条件为整理剂用量为8g/L,焙烘温度为140℃,焙烘时间为30s。红外、核磁共振分析验证了中间产物——端环氧基嵌段聚醚聚硅氧烷结构。研究表明端季铵盐型嵌段聚醚聚硅氧烷整理剂具有良好的亲水性和柔软性,但相对氨基硅油整理织物,其柔软性及耐洗性有待提高。第三部分:新型季铵盐聚醚聚硅氧烷共聚物的制备及应用研究。以端含氢硅油和烯丙基缩水甘油醚为原料,合成端环氧基硅油,再与聚醚胺反应制得嵌段聚醚氨基硅油,最后将其与2,3-环氧丙基氯化铵反应制得新型季铵盐聚醚聚硅氧烷共聚物。研究中间体——嵌段聚醚氨基硅油合成工艺因素对产物粘度的影响以及目标产物——新型季铵盐聚醚聚硅氧烷共聚物合成工艺因素对季铵化反应转化率的影响,优化了各单元合成工艺条件;采用FTIR、1HNMR、GPC对端环氧基硅油和嵌段聚醚氨基硅油结构进行表征;最后研究新型季铵盐聚醚聚硅氧烷共聚物应用于棉织物的整理工艺因素对整理织物应用性能的影响,优化其整理工艺条件,并与氨基硅油及其他亲水性有机硅柔软剂进行比较。研究结果表明:端环氧基硅油的合成工艺条件为:两端含氢硅油和烯丙基缩水甘油醚的摩尔比为1:2.2,反应温度80℃,反应时间为4h,催化剂用量0.1%,溶剂甲苯20%;嵌段聚醚氨基硅油的合成工艺优化条件为:端环氧基硅油与聚醚胺摩尔比为1:1.2、反应温度80℃、反应时间5h、溶剂用量30%;FTIR、1HNMR、GPC分析证实了端环氧基硅油和嵌段聚醚氨基硅油结构;新型季铵盐聚醚聚硅氧烷共聚物的合成工艺优化条件为:嵌段聚醚氨基硅油氨基与2,3-环氧丙基氯化铵环氧基摩尔比为1:1.1、反应温度70℃、反应时间5h、溶剂用量15%;新型季铵盐聚醚聚硅氧烷共聚物应用于棉织物的整理工艺优化条件为整理剂用量为6g/L,焙烘温度为140℃,焙烘时间为50s,所合成的新型季铵盐聚醚聚硅氧烷整理织物具有良好的亲水性、柔软性及耐洗性。比较所合成的改性硅油整理剂整理织物的性能,聚醚改性氨基硅油整理棉织物具有与氨基硅油相当的柔软性,但亲水性较差;端季铵盐嵌段聚醚聚硅氧烷具有优良的亲水性能和一定的柔软性,但耐洗性较差;而新型季铵盐聚醚有机硅共聚物亲水柔软整理剂不仅具有良好的柔软性和亲水性,而且耐洗性好,能达到市场上同类产品水平,此整理剂不失为一种良好的新型亲水性有机硅柔软剂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 有机硅柔软剂的作用机理研究
• 1.3 亲水性有机硅柔软剂的研究概况
• 1.3.1 有机硅柔软剂的发展进程
• 1.3.2 改性有机硅柔软剂的种类、主要制备方法及存在的问题
• 1.3.3 亲水性有机硅柔软剂的发展进程
• 1.4 亲水性有机硅柔软剂的合成方法
• 1.5 本课题的研究意义、主要研究内容及创新点
• 参考文献
• 第二章 聚醚改性氨基硅油的制备及应用研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料与仪器
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.3 测试方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 聚醚改性氨基硅油的制备
• 2.3.2 聚醚改性氨基硅油整理棉织物的整理工艺研究
• 2.3.3 聚醚改性氨基硅油整理剂的应用性能研究
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 端季铵盐型嵌段聚醚聚硅氧烷的制备及应用研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料及仪器
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 测试与表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 端季铵盐型嵌段聚醚聚硅氧烷的合成与表征
• 3.3.2 整理工艺因素对端季铵盐型嵌段聚醚聚硅氧烷亲水性和柔软性的影响
• 3.3.3 端季铵盐型嵌段聚醚聚硅氧烷整理剂的应用性能研究
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 新型季铵盐聚醚聚硅氧烷共聚物的制备及应用研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料及仪器
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.3 测试与表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 新型季铵盐聚醚聚硅氧烷共聚物的合成与表征
• 4.3.2 整理工艺因素对新型季铵盐聚醚聚硅氧烷共聚物应用性能的影响
• 4.3.3 与其他有机硅整理剂的应用性能比较
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 结论
• 致谢
• 附录