水溶性硅蠟的合成及應(yīng)用

李 聰，安秋鳳，喬變莉，李曉璐
（陜西科技大學(xué) 教育部輕工助劑化學(xué)與技術(shù)重點實驗室，陜西 西安 710021）
摘 要：以含氫硅油（PHMS）、1 - 十八碳烯（ODE）和甲基封端的烯丙基聚氧乙烯醚（AEM）為原料，通過硅氫化加成反應(yīng)，用長鏈烷基和聚醚基對硅油改性，以合成水溶性硅蠟（POA）。通過紅外光譜、光學(xué)顯微鏡對POA的結(jié)構(gòu)、成膜形貌以及應(yīng)用性能進行研究。結(jié)果表明，當(dāng) n （ODE）∶ n （AEM）=2∶8，乳液質(zhì)量分數(shù)為1.5%，焙烘溫度為160 ℃時，經(jīng)POA乳液處理的棉織物，其柔軟性、吸濕抗靜電性、滑感等均有所改善。
關(guān)鍵詞：印染助劑；硅氫加成；長鏈烷基；聚醚改性；水溶性硅蠟；應(yīng)用性能

中圖分類號：TS190.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1000-4017（2016）15-0006-04

前言 

硅蠟是一種以Si—O—Si為主鏈，側(cè)鏈連有其 他有機基團，兼具有機硅與蠟雙重特性的一類物質(zhì) 的總稱，具有高潤滑性、柔軟性、透氣性，與有機材 料有良好的兼容性等優(yōu)點，廣泛用作織物的吸濕抗 靜電整理劑、聚氨酯泡沫材料的勻泡劑、高效乳化 劑、消泡劑和護膚用品原料等領(lǐng)域 [1 - 5] 。傳統(tǒng)的水溶 性硅蠟是一種單官能團聚醚基改性硅蠟 [6 - 7] ，能提高 織物的親水性，但對其滑感無明顯改善作用 [8 - 9] ；而 長鏈烷基改性硅蠟雖能賦予織物蓬松感和潤滑感， 但處理后的織物親水性較差 [10 - 12] 。引入長鏈烷基或 聚醚基只能賦予硅油單一的性能，無法滿足人們的 需求，所以開發(fā)兼具長鏈烷基、聚醚基性能的改性 硅蠟，通過調(diào)節(jié)長鏈烷基與聚醚基之間的比例，使 織物達到吸濕抗靜電、易去污、滑爽感等效果是目 前研究的熱點 [13 - 14] 。 

以 活 化 氫 質(zhì) 量 分 數(shù) 為 0.3% 的 含 氫 硅 油 （PHMS）、1 - 十八碳烯（ODE）和甲基封端的烯丙基 聚氧乙烯醚（AEM）為原料，以異丙醇為溶劑、氯鉑 酸為催化劑的條件下，通過硅氫化加成反應(yīng)合成一 種長鏈烷基/聚醚改性硅油，再利用減壓蒸餾蒸出 溶劑得到水溶性硅蠟（POA）。通過紅外光譜、光學(xué) 顯微鏡，研究POA的結(jié)構(gòu)及成膜形貌；將合成的水 溶性硅蠟自乳化制得POA乳液，并將其應(yīng)用于織物 整理，利用彎曲剛度儀、折皺彈性儀、白度儀等對 POA性能進行測試。

1 試驗部分 

1.1 試劑與儀器 

試劑 含氫硅油（PHMS，活化氫含量0.3%，工 業(yè)級，安徽科光新材料有限公司），1 - 十八碳烯 （ODE，工業(yè)級，濟南東奇化工），甲基封端的烯丙基聚氧乙烯醚（AEM，相對分子質(zhì)量為800，工業(yè)級，揚 州晨化化工有限公司），氯鉑酸（分析純，山東希瓦 化工有限公司），異丙醇（分析純，西安化學(xué)試劑 廠），100%斜紋厚純棉布（陜西邁樂迪工貿(mào)有限公 司）

儀器 VECTOR - 22型傅里葉紅外光譜儀（德國 布魯克公司），DMS - 653型光學(xué)顯微鏡（深圳博宇儀 器有限公司），Zetasizer Nano系列納米粒度、Zeta電 位儀（英國馬爾文儀器有限公司），NDJ - 79型旋轉(zhuǎn)黏 度計（上海天平儀器廠），YG（B）541E智能式織物折 皺彈性儀（溫州市大榮紡織儀器有限公司），DC - RRY1000型電腦測控柔軟度儀（四川長江造紙儀器 廠），YQ - Z - 28B型熒光白度儀（溫州儀器儀表有限公 司），YG（B）541E智能式織物折皺彈性儀（溫州市大 榮紡織儀器有限公司），Grabner MINIFLASH 全自 動閃點儀（北京儀方飛希爾科技有限公司）

1.2 水溶性硅蠟（POA）的制備 

在裝有溫度計、攪拌器和回流冷凝管的250 mL 三口燒瓶中，依次加入Si—H質(zhì)量分數(shù)為0.3%的含 氫硅油（PHMS）、1 - 十八碳烯（ODE）、烯丙基聚氧乙 烯醚（AEM）和異丙醇，通入N 2 保護，在恒溫油浴中， 緩慢升溫至80 ℃，再滴加10 mg/kg氯鉑酸催化劑， 控溫80 ℃反應(yīng)1~2 h。反應(yīng)結(jié)束，在表壓500 mmHg、 溫度80 ℃的條件下，減壓蒸出異丙醇溶劑，制得外 觀為無色透明的油狀液體水溶性硅蠟，記作POA。 其合成路線如下：

.1.3 性能測試 

1.3.1 結(jié)構(gòu)表征

將KBr粉末置于恒溫干燥箱中烘2 h，除去水 分，壓片成膜，將所合成的 POA 樣品均勻地涂于 KBr膜表面，在紅外燈下?lián)]發(fā)除去溶劑，用紅外光 譜儀進行表征。 將處理后的紗線放置在載玻片上，用DMS - 653 型光學(xué)顯微鏡觀察紗線形貌。

1.3.2 物化性能測試 

用NDJ - 79型旋轉(zhuǎn)黏度計測試黏度；采用毛細管熔點法測定熔點；用Grabner MINIFLASH全自動 閃點儀測定閃點。

 1.4 POA乳液的制備 

在裝有溫度計、攪拌桿的三口燒瓶中加入一定 質(zhì)量的POA，在恒溫油浴中緩慢升溫至50~60 ℃， 攪拌15~20 min，一邊攪拌一遍緩慢地滴加一定質(zhì) 量的去離子水，將其乳化成固含量為70%的乳液， 即為POA乳液。

1.5 POA的應(yīng)用 

1.5.1 應(yīng)用工藝 

稱取1 g POA乳液于燒杯中，加入99 g去離子 水稀釋，配成工作浴液；將提前剪好的一定大小的 棉布樣放入工作浴液中，在試驗室小型壓軋機上一 浸一軋，160 ℃下烘焙3 min。

1.5.2 應(yīng)用性能測試 

彎曲剛度 采用DC - RRY1000型柔軟度儀測 定； 折皺回復(fù)角 采用YG（B）541E智能式織物折 皺彈性儀按GB/T 3819—1997《紡織品 織物折痕回 復(fù)性的測定 回復(fù)角法》測定；

白度 用YQ - Z - 48B型白度儀測定； 靜態(tài)吸水時間 用標(biāo)準(zhǔn)管吸取一定量的去離 子水，滴于布樣表面，保持密封，用秒表記下一滴水 完全被吸收時所用的時間，平行測三次，取平均值； 抗靜電性 將布樣在塑料棍上用力摩擦 40 次，測布樣對干煙灰的吸附量，抗靜電性五級為最 好，一級最差；手感 采用主觀評價法； 光學(xué)形貌 用DMS - 653型光學(xué)顯微鏡觀察。

2 結(jié)果與討論 

2.1 POA的結(jié)構(gòu)表征

由圖1可知，2 900 cm -1 處為—CH 3 和—CH 2 — 的伸縮振動峰，1 468 cm -1 處為亞甲基吸收峰， 1 460 cm -1 為甲基的吸收峰，1 257 cm -1 處為 Si—CH 3 上的C—H鍵的彎曲振動峰，在1 107~1 152 cm -1 處 的強吸收峰為聚醚的C—O與聚硅氧烷的Si—O的 伸縮振動峰發(fā)生了重疊，790 cm -1 處為—CH 2 —的平 面搖擺振動吸收峰，1650~1640 cm -1 處C = C的特 征峰與2 155 cm -1 處Si—H的特征峰幾乎消失，說明 已經(jīng)將ODE與AEM引入PHMS鏈上，硅氫化加成 基本反應(yīng)完全。

2.2 POA的物化性能測試

2.3 POA乳液的物化性能
POA乳液粒徑見圖2。

POA乳液的物理化學(xué)性能見表2。

2.4 POA的應(yīng)用性能測試
2.4.1 ODE與AEM物質(zhì)的量比對POA應(yīng)用性能的影響

在保持其他條件不變的情況下，研究1 - 十八碳 烯（ODE）與烯丙基聚醚（AEM）的物質(zhì)的量比對 POA應(yīng)用性能的影響，結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出，當(dāng)物質(zhì)的量比大于2∶8時，隨 著物質(zhì)的量比的減小，POA側(cè)鏈引入聚醚基增大， 織物的靜態(tài)吸水時間和彎曲剛度減小，折皺回復(fù)角 和抗靜電性增大，白度基本不變。說明經(jīng)POA整理 的織物柔軟度、回彈性、親水性增強，且具有良好的 抗黃變性。當(dāng)物質(zhì)的量比小于2∶8時，經(jīng)POA整理 的織物柔軟性、抗靜電性能略有降低。綜合考慮整 理后織物的性能，選擇n（ODE）∶n（AEM）=2∶8。

2.4.2 POA質(zhì)量分數(shù)對織物性能的影響 

織物整理時，POA用量直接影響其在纖維表面 的吸附量，進而影響成膜厚度。用量過少，纖維表 面吸附量較少，形成的薄膜較薄，使得織物的柔軟 性變差；反之，吸附薄膜過厚，容易發(fā)生部分脫落或 斷裂，進而降低POA的應(yīng)用性能。保持其他條件不 變，研究POA質(zhì)量分數(shù)對織物性能的影響，結(jié)果如 4所示。

由表4可以看出，隨著乳液質(zhì)量分數(shù)的增大， 整理后織物的彎曲剛度變小，即柔軟度增加；折皺 回復(fù)角先增大后減小，當(dāng)乳液質(zhì)量分數(shù)為1.5%時， 其折皺回復(fù)角達最大，此時彈性達較佳狀態(tài)；靜態(tài) 吸水時間逐漸變小，說明織物的親水性增強；織物 白度略有下降。 考慮整理后織物的綜合性能，選擇乳液質(zhì)量分 數(shù)為1.5%。

2.4.3 焙烘溫度對POA性能的影響 

保持其他條件不變，研究焙烘溫度對POA應(yīng)用 性能的影響，結(jié)果如表5所示。

由表5可以看出，當(dāng)溫度低于160 ℃時，隨著固 化溫度的升高，織物的彎曲剛度變小，說明柔軟性 提高；當(dāng)溫度高于160 ℃后，織物的柔軟度略有下 降，這主要是因為溫度過高，POA在織物上過度交 聯(lián)，使得成膜密度過高，產(chǎn)生硬挺感?？椢锇锥嚷?有下降?？紤]整理織物的綜合性能，選擇固化溫度 160 ℃為宜。

2.4.4 POA的膜形貌
圖3為織物整理前后的光學(xué)顯微鏡圖。

由圖3可以看出，與整理前的纖維相比，整理后的纖維變得較松散，說明經(jīng)POA整理后，織物可獲得蓬松、增厚感。這主要是由于POA具有低表面張力，當(dāng)吸附在纖維表面時，使纖維的表面張力降 低，提高了纖維的伸展性；另外，POA側(cè)鏈中的長鏈 烷基是以指向空氣的定向排列方式，在纖維表面形 成粗糙硅膜，增大了纖維的間距，使織物變得蓬松。

3 結(jié)論 

（1）以 Si—H 質(zhì)量分數(shù)為 0.3%的含氫硅油、 1 - 十八碳烯和甲基封端的烯丙基聚氧乙烯醚為原 料，通過硅氫化加成合成了水溶性硅蠟（POA）。 POA的紅外光譜證實，長鏈烷基、聚醚基已共同引 入聚硅氧烷側(cè)鏈。

 （2）經(jīng)POA自乳化制得POA乳液，用于織物整 理發(fā)現(xiàn)，當(dāng)1 - 十八碳烯與烯丙基聚氧乙烯醚的物質(zhì) 的量比為2∶8、乳液質(zhì)量分數(shù)為1.5%、固化溫度為 160 ℃ 時，整理后織物的柔軟性、吸濕性、抗靜電 性、滑感均有增強，且白度基本不變。

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