基础材料 |氨基改性矽乳液在紡織整理中的應用

康達科技集團(Qanta Group)是全球領先的有機矽解決方案供應商之一,致力於提供個性化的有機矽解決方案。其擁有從金屬矽到特種有機矽材料的全方位產品供應鏈。主要業務為特用化學品技術及特殊SILICONE與複合材料相關應用製程技術材料開發、設計、銷售。目前已有18年以上歷史,與全球500強企業有合作銷售經驗,是一家集科研,開發,生產及銷售為一體的國家級高新技術企業,擁有國際化品質,技術和管理及提供一條龍Silicone材料應用整合。公司擁有廣泛的銷售和研發網絡,可提供有利於未來可持續發展的創新技術和基於市場需求的解決方案。主要經營產品產品包括單體、甲基矽油、乙烯基矽油、含氫矽油、RTV-2室溫灌注模具膠、人體模型膠、LED封裝膠、電源封裝膠、商標膠、胸墊膠、密封膠等。

一、有機矽優異性能適於紡織整理

有機矽具有獨特的矽氧鍵結構Si-O-Si,賦予較大的鍵角和鍵長,分子間作用力小,不像一般的有機分子容易結晶,因此,透氣性良好;其較高的鍵能,使有機矽聚合物具有突出的耐熱性和優異的柔軟性;其分子鏈的螺旋結構和甲基伸向外側,使之具有極低的表面張力,良好的拒水功能;矽氫鍵(Si-H)具有較大的活性,能在高溫和金屬鹽作用下發生水解、縮合交聯成膜;有機矽季胺鹽的活性基團,有抗菌、防霉的功能,由於結構上的特殊性,使有機矽氧烷聚合物具有潤滑、柔軟、拒水、消泡、抗菌防黴等一系列特性,適用於棉、麻、絲綢、毛和各種化學纖維的後處理,而成為性能優異、無毒、無刺激性氣味的環保型紡織印染助劑。

有機矽紡織印染助劑經歷了由初級到高級的發展過程,它同有機矽聚合物的活性,以及​​​​​​與纖維的反應性能有關,一般分為三個發展階段,有機矽紡織印染助劑按有機矽聚合物所帶化學反應活性基團劃分,基本分為三種類型:即非活性、活性及具有反應性基團的聚有機矽氧烷化合物。

氨基改性有機矽是在聚矽氧烷大分子鏈上引入氨基,使聚矽氧烷的性能在許多方面得到了改善,氨基矽油微乳液的製備方法有兩種:一是本體聚合法製備氨基矽油,然後將它乳化成微乳液:二是乳液聚合法,製備氨基矽微乳液。

按照氨基在聚矽氧烷分子中的位置,分為單端型、兩端型、側鏈型、兩端例鏈型等,氨基矽油中的氨基與織物纖維結合,將聚矽氧烷主體引入纖維表面,產生柔軟效果,從而充分發揮了聚矽氧烷的潤滑作用,氯乙基氨丙基是氨基矽油最常用的氨基矽烷偶聯劑,它對纖維的結合力較好,通過烷基與聚矽氧烷主體相連,對水解和熱都很穩定,通過調整氨基和其它功能基團,可以取得滑爽,有彈力和柔軟等不同效果,所以有人把氨基矽油稱作超級柔軟劑。


二、有機矽織物整理劑

有機矽織物整理劑在織物整理過程中可用於處理天然纖維和各種合成纖維織物,經處理後的織物具有防皺、抗污、抗靜電、豐滿、柔軟、富有彈性和光澤,並提高了纖維的強度。但其缺點是經處理後的織物呈現疏水性,使人感到穿著悶熱,且難認洗滌。使用矽醚共聚物柔軟整理劑,由於在聚醚分子中存在著聚醚鏈段,使纖維能保存原有親水風格。顯示出天然纖維的性能,具有良好的手感,且可提高耐洗性。用含氨基的矽烷偶聯劑與有機矽進行微乳液共聚製成的產品整理後的纖維製品具有柔軟、滑爽的舒適感,有機矽織物整理劑可用於整理棉、麻、絲綢、毛紡品等天然纖維及聚酯等。

織物的柔軟整理是在降低纖維與人體間的摩擦阻力,從而產生柔軟接觸感,隨著合成纖維的發展,柔軟劑的使用已日益廣泛。經過柔軟整理的織物,給人以滑爽柔軟的感覺,穿著美觀舒適,可達到風格化、高檔化及功能化的質量效果。特別是有機矽柔軟劑的改性產品,由於能解決織物泛黃問題,做為新的綠色產品在織物應用中,用量正在持續增長。


1、矽氟聚合物

矽氟聚合物整理劑充分利用有機矽化合物柔軟、抗皺、防靜電、防污染、防水及滑爽和有機氟拒油、拒水、耐摩擦、增強織物豐滿度等特性,以高科技的手段實現有機矽與有機氟的共聚改性,再根據漢森理論製成均一的分散體系,合成出性能優異的多功能織物整理劑產品。矽氟聚合物廣泛應用於紡織行業的織布、染整、縫製等各個工藝過程。特別是作為柔軟劑使用在紡織品的後整理,是纖維製品高附加值化、高功能化不可缺少的原料之一。新型矽氟聚合物作為織物柔軟劑對纖維親和性好,可自交聯成膜,適用於高檔織物的整理。對純棉、毛、化纖仿毛織物產生柔軟滑爽和豐滿的手感,耐洗性好,同時可提高織物的抗污性、抗皺性、耐磨性、撕破強度等。


2、有機矽衛生整理劑

有機矽衛生整理劑是中國紡織科學研究院開發研製的一種新型整理劑,於91年通過鑑定。該衛生整理劑具有活性基團,能與織物發生化學反應,所以具有良好、持久的抗菌、消毒效果。該衛生整理劑具有廣譜抑菌、殺菌作用,對革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、真菌、金黃葡萄球菌、白色捻珠菌等均有抑菌作用,能防止因出汗引起的皮膚惡臭,對皮膚病、腳氣、濕診有良好的治療與預防作用,同時可有效地防止交叉感染。該衛生整理劑採用美國AATCC試驗方法測試,抑菌率可達99.9%,採用紡織部FJ549-85標準進行皂洗50次後,抑菌率仍達到95.0%以上。同時對人體無毒,對皮膚無刺激作用。


3、氨烴基改性矽油

氨烴基改性矽油除了保留著二甲基矽油的特性外,氨烴基的存在還可賦予其反應性及柔軟性等,因而氨基矽油作為織物柔軟整理劑,具有非常好的滑爽性。


4、三胺型矽烷偶聯劑

一般情況是氨值低時,粘度應適當提高,還得根據織物的品種、品級選擇合適的參數才能獲得最佳的整理效果。但該系列柔軟劑在使用過程中易使織物變黃,主要原因是未聚合的氨基官能團單體和接枝聚合物母體的氨基氧化生色。經高效催化劑的作用,提高聚合反應的轉化率則降低遊離雜質,這是不經改性而最大可能抑制黃變的有效途徑,隨著要求越來越高,單一氨基活性改性的有機矽產品已不能滿足需要,達不到最佳改性效果。

Y-氧丙基矽烷與二乙烯三胺反應合成的三胺型矽烷偶聯劑可作為有機矽柔軟劑的原料。用其生產的氨基矽油微乳液整理織物後,可使化纖、棉和毛織物具有優良的柔軟性、滑爽和彈性;因此正逐漸替代602矽烷偶聯劑,但淺色織物經其整理之後仍會出現泛黃問題。法國羅地亞公司將受阻氨基連接在矽烷偶聯劑上之後,可以解決黃變問題。


5、氨基矽油用602矽烷偶聯劑生產的氨基矽油的矽氧鍵節上擁有兩個氨基、3個活潑氫,賦予了整理後的織物特殊的無身骨柔軟手感:但因活潑氫相對比較多,這種雙胺型結構又有協同作用,使其耐高溫性較差,容易泛黃,且親水性差,抗污性也差。環已氨型矽烷偶聯劑具有仲氨基,由於空間位阻的影響,使氨基的活潑氫活性降低,從而保證了環己氨型矽油柔軟劑的白度得到提高,親水性和抗污性也相應提高。這類矽烷不管是與D4經本體聚合再乳化,還是直接通過乳液聚合製成陰離子乳液,對織物白度的影響都較小,由於乳液聚合引入了-OH基,使其整理的織物彈性指標提高。


6、丁內酯脂酰化改性氨基矽油

將氨基矽油特別是高氨基含量的同類物Y-丁內酯脂部分酸化改性,可以得到兼顧滿足柔軟性、白度、吸水性等不同要求的成品,並對缺點加以抑制。德國WACKER公司的抗皺改性劑是其中一種。

在有機矽柔軟劑基礎上,選用適當的乳化劑,強烈攪拌下乳化,油相在水中形成水包油型分散體,經超聲波深度乳化,粒徑小至0.05mm以下,形成透明乳液。微乳液性能穩定,分散於微乳液中的油相由於粒徑小,可滲入纖維和織物內部,形成永久性膜,經久耐洗,賦予織物豐滿的觀感以及良好的懸垂性,這對細微纖維尤其重要。

在高剪切均質器中配以超聲手段,選用適當的乳化液,氨基有機矽可以乳化得微液。使用超聲手段的優點在於其“空化作用”,短時間內粉碎分散至納米級顆粒,是其他技術無法替代的。對於該系列產品的選擇,不僅要根據織物材料、結構,而且還要考慮柔軟、滑爽等風格要求以及服用性能。氨基改性有機矽微乳液雖然具有以上諸多優點,但由於在機械改性基礎上實現的,故無法改善被整理的親水性、平滑性或賦予織物其它的一些優良性能。


7、氨液型柔軟劑將氨基改性矽油與聚二甲基矽氧烷(PDMS)或高摩爾質量的氨基改性聚矽氧烷復配後,再配製成氨液型柔軟劑,所得柔軟劑對織物可達到超柔軟整理的效果。通過在常用氨基改性矽油中嵌入氟化基團、醚基、苯酚基等活性基團使得配製後的產品滿足某些更加特殊的整理效果要求。也可通過氨基改性矽油與其它乳液復配後達到目的。如具有防縮柔軟整理效果的柔軟劑就是可交聯型氨基改性矽油乳液配以氧化矽水溶膠或聚甲基倍半矽氧烷乳液製成的;阻燃柔軟整理劑則是在氨基改性矽油乳液中加氧鉑酸配製而成。

氨基改性有機矽柔軟劑及其應用各不相同。此類有機矽柔軟劑當首推法國羅納普朗克公司最近推出的有機矽整理劑。由於結構中含仲氨基,而仲氨基氧化可能性極小,因而該柔軟劑不僅保存了傳統氨基改性矽油的優點,而且克服了其中泛黃的缺點。


8、哌啶官能團有機矽柔軟劑作為哌啶官能團有機矽柔軟劑的代表,可見於DowCorning公司發表的專利。它把泛黃程度、柔軟性作為比較指標,對哌啶改性的有機矽柔軟劑與一般氨基改性有機矽柔軟劑作了比較,比較結果表明前者整理效果明顯優於後者,應指出的是這類改性有機矽柔軟劑的製備並不復雜,且原料易得,值得開發。

其它化學結構的氨基改性有機矽還有雙氧基、烷基改性矽油、哌啶基改性矽油—氨基改性聚矽氧烷—聚醚嵌段共聚物等。(1)氨基改性有機矽柔軟劑以其優越的性能成為眾多柔軟劑中的佼佼者。就其本身而言,它也是在不斷改進發展中,隨著各種新型有機矽柔軟劑產品的出現,其應用前景也會更加廣闊。(2)傳統氨基改性矽油,用於織物整理,在改進性能方面還有很多工作要做,目前方向是要求改進織物整理後的高溫泛黃,改善織物吸濕性、易去污和抗皺性,最終達到一個最佳綜合指標。就其餘系列產品而言,應追求低成本及再改性或複配特殊的性能要求,如阻燃、紡縮、抗靜電等。


9、聚矽氧烷氨基改性矽油是側鍊或端基帶有胺基的聚矽氧烷,胺基可以是伯胺、仲胺、叔胺或銨鹽,也可以是芳香族胺。以氨基改性矽油為主體的柔軟劑中70%以上的是以氨乙基—氨丙基甲基二甲氧基矽烷與二甲基矽氧烷的共聚物為主成分的活性成分配製而成。

由於含有活性氨基基團,其極性(范德華引力)可減少織物纖維間的摩擦力,賦予棉、麻、絲等織物柔軟性、滑爽性。因而,經氨基矽油後整理的織物,尺寸穩定、懸垂性良好、抗起球、摺皺後可回复、具有豐滿的手感,甚至產生絲光效果。因此該系列柔軟劑又稱為超柔軟劑。


 

就氨基改性矽油的分子結構與柔軟效果的關係而言,調整聚合物的分子量以及氨基含量可以得到不同風格的成品;氨當量2000的氨基改性矽油對聚酯細絲的柔軟性、平滑性的整理效果最好。

 



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