以尿素為架橋劑制備的柔軟劑性能研究

余云義

（廣州市延廣化學工業有限公司，廣東廣州510800）

文章編號：1672-500X（2016）03-0005-04

以尿素為架橋劑制備的柔軟劑性能研究

余云義

（廣州市延廣化學工業有限公司，廣東廣州510800）

采用硬脂酸分別與羥乙基乙二胺和二乙醇胺反應，先合成了一種脂肪酰胺和一種脂肪酸酯，再以尿素作為架橋劑，分別與脂肪酰胺和脂肪酸酯反應，合成了兩種新型的柔軟劑，探討了其應用性能，并與目前市場上類似產品進行了比較。研究發現，相對于市場上類似產品（未經尿素交聯），經尿素交聯的柔軟劑具有以下特點:（1）開稀后的軟油（10%）黏度更低，泡沫更少；（2）用其處理的棉織物手感更好，黃變性更低，且成本更低，因此極大地提高了柔軟劑的競爭力。

陽離子柔軟劑；脂肪酸酯；脂肪酰胺；尿素

柔軟劑是染整助劑中的一個大類，其主要功能是改善紡織品的手感和風格［1-2］。紡織品柔軟劑按結構主要分為兩大類:脂肪酸型（非硅）和有機硅型［3-6］。其中，脂肪酸型以陽離子型為主［7］，其外觀有:乳液狀、厚漿狀、高濃軟油精和蠟狀軟片軟珠等。近年來，脂肪酸型柔軟劑逐步發展成固體片狀，簡稱軟片。固體軟片具有包裝簡單、體積小、運輸便捷、使用方便，且在染色后整理過程中出現染疵時容易去除等特點，深受現代印染廠歡迎，因此其用量極大。

軟片按結構不同又可分為脂肪酰胺類和脂肪酸酯類［8］，脂肪酰胺類柔軟劑的手感比較蓬松柔軟，主要以雙烷基脂肪酰胺和雙烷基咪唑啉結構為主；脂肪酸酯類柔軟劑的手感比較軟滑，黃變較低，主要以雙烷基脂肪三乙醇胺和雙烷基二乙醇胺結構為主，在紗線平滑整理中應用廣泛［9-10］。

近年來，由于原材料價格上漲、勞動力成本攀升和環境保護壓力增加等因素的影響，我國印染加工行業的利潤空間大幅縮小，因而降低各環節成本已成為印染企業的研究重點。加之，人民幣的持續貶值而導致硬脂酸等進口大宗原材料的價格不斷上升，柔軟劑的生產成本持續升高，因此開發價格低、性能好的柔軟劑勢在必行。筆者研究了以尿素作為架橋劑在柔軟劑合成上的應用性能，并與當前市場上的代表產品相比較，探索低成本織物柔軟劑生產的可行性。其基本反應方程式如下:

（1）脂肪酰胺類柔軟劑的合成［11］

（2）脂肪酸酯類柔軟劑的合成［11-12］

其中R為C18H37。

1　實驗

1.1藥品與儀器

藥品:硬脂酸（東莞益海油脂有限公司）、尿素（山東瑞星化工集團公司）與亞磷酸（如皋瑋成化工有限公司）均為工業原料，二乙醇胺（廣州西隴化工有限公司）、乙酸（廣州西隴化工有限公司）均為分析純試劑。片狀柔軟劑樣品A（脂肪酰胺）和片狀柔軟劑樣品B（脂肪酸酯）為江蘇某助劑公司的樣品。

儀器:羅氏泡沫儀測定泡沫（上海慶拓儀器設備有限公司），NDJ-1A旋轉黏度儀測定黏度（上海精科天美科學儀器設備有限公司），P-AO氣壓電動小軋車（佛山市精柯紡織印染設備有限公司）和R-3型定型機（佛山市順德區精瑞實驗設備有限公司），DSBD-1型白度儀（上海平軒科學儀器有限公司）。

1.2制備方法

1.2.1柔軟劑DF-S4的合成

硬脂酸和羥乙基乙二胺按摩爾比1∶1～1∶2混合，加入少量亞磷酸，通入氮氣，加熱至160～170℃脫水反應4 h；加入一定量的尿素（羥乙基乙二胺摩爾數的一半），升溫至180～190℃，繼續反應4 h；冷卻至90～120℃，加入一定量的冰乙酸，反應2 h后出料、切片，得到成品柔軟劑DF-S4。

1.2.2柔軟劑DF-S7的合成

硬脂酸和二乙醇胺按摩爾比1∶1～1∶2混合，加入少量亞磷酸，通入氮氣，加熱至160～170℃脫水反應4 h；加入一定量的尿素（二乙醇胺摩爾數的一半），升溫至180～190℃，繼續反應4 h；冷卻至90～120℃，加入一定量的冰乙酸，反應2 h后出料、切片，得到成品柔軟劑DF-S7。

1.3柔軟劑的性能測定

將成品柔軟劑在60～70℃的恒溫水浴鍋中，按10%的比例開稀成軟油，測試其黏度和pH值。將上述已開稀好的軟油配成30 g/L工作液，根據GB/T-7462-94標準采用ROSS法測試其起泡性。起始泡高和5 min泡沫高度均以三次平行測試數據的平均值來表示，三次測試數據之間的誤差不超過5 mm。

1.4柔軟整理

1.4.1.1浸漬法

半漂純棉針織物（10 s羅紋）柔軟整理配方: 10%軟油5%～8%（owf）；整理工藝:浴比1∶10，45℃處理20 min，脫水，烘干，定型（150℃× 60 s）。測試整理后織物的白度、親水性和手感。1.4.1.2浸軋法

半漂純棉針織物（10 s羅紋）整理配方: 10%軟油50～80 g/L；整理工藝:二浸二軋，烘干，定型（150℃×60 s）。測試織物的白度、親水性和手感。

1.5整理效果評定

1.5.1手感

采用主觀評價法［13］，即用手觸摸的方法評定各樣品的手感，可分別評定柔軟、彈性、滑、爽、豐滿等方面的手感，由五人分別進行評定排序，手感最差的評為1.0，手感最好的評為5.0，其余布樣的手感通過參照法得出，再將每個人對每個樣品評價的數值相加，即為該樣品的手感分數，該值越高表示手感越好。

1.5.2黃變性

用白度儀測定整理前后織物的白度值，考察柔軟劑對織物白度的影響。

1.5.3親水性

根據AATCC 79：2000標準測試織物吸水性，具體測試方法如下:從一定的高度滴一滴水于織物表面，測試水滴鏡面反射消失所需的時間，即潤濕時間，用潤濕時間長短來評價織物吸水性。

1.5.4成本核算

各原料成本分別以當前市場的價格為準，同時以大生產的成品回收率為標準計算收率，由所有原料成本除以收率，即為各柔軟劑的相對成本。

2　結果與討論

2.1基本特性

柔軟劑DF-S4（脂肪酸胺）、DF-S7（脂肪酸酯）、樣品A（脂肪酸胺）和樣品B（脂肪酸酯）按10%的比例開稀成軟油，其外觀、黏度、pH值、起泡性數據如表1所示。由表1可知，本實驗合成的柔軟劑DF-S4的基本性質與樣品A相似，但DF-S4軟油的黏度比樣品A的黏度低、泡沫少；柔軟劑DF-S7的基本性質也與柔軟劑B相似，DF-S7軟油的黏度較樣品B的黏度低、泡沫少。可見，無論是脂肪酰胺還是脂肪酸酯，在引入架橋劑尿素后，產品的黏度都可適當降低，泡沫減少，更方便工廠使用。

表1　10%軟油的基本特性

2.2柔軟性

用上述四種柔軟劑分別用浸漬法和浸軋法對半漂純棉針織布進行柔軟整理，其手感數據如表2所示。

從表2可看出，經柔軟劑DF-S4和樣品A處理的棉織物，在浸漬或浸軋工藝中均表現出良好的柔軟性，其手感明顯優于柔軟劑DF-S7和樣品B的手感。而柔軟劑DF-S4的手感又明顯優于樣品A，柔軟劑DF-S7的手感也優于柔軟劑B。由此可知，引入架橋劑尿素后，脂肪酰胺和脂肪酸酯的蓬松度都明顯提高，這可能是因為尿素與脂肪酰胺或脂肪酸酯反應后，分子內的酰胺鍵數量增多，分子鏈增長，疏水鏈易于形成潤滑層，從而提高織物的柔軟蓬松性［14］。

表2　柔軟整理后織物的手感

2.3黃變性

用上述四種柔軟劑處理半漂純棉針織布的白度數據如表3所示。從表3可看出，經柔軟劑DF-S7和樣品B處理的棉織物，在浸漬或浸軋法工藝中均表現出較低的黃變性，其白度明顯高于柔軟劑DF-S4和樣品A。而柔軟劑DF-S7的白度略高于樣品B，柔軟劑DF-S4的白度也略高于樣品A，這是因為脂肪酰胺和脂肪酸酯在接入架橋劑尿素后，分子中的部分仲胺轉化為叔胺，氨基的反應性減弱，不易形成發色團，因此，處理后織物的黃變也就降低［12］。

表3　柔軟整理后織物的白度

2.4親水性

用上述四種柔軟劑處理半漂純棉針織布的潤濕時間如表4所示。從表4可看出，經柔軟劑DF-S7和樣品B處理的棉織物，在浸漬或浸軋法工藝中均表現出相對較好的親水性，而經柔軟劑DF-S4和樣品A處理的棉織物基本不親水，這可能與柔軟劑的結構有關，柔軟劑DF-S7為脂肪酸酯結構，DF-S4為脂肪酰胺結構，脂肪酸酯的水溶性和潤濕性均比脂肪酰胺強［15］。

表4　柔軟整理后織物的潤濕時間s

2.5相對成本

根據各原料當前的市場價格，以大生產的成品回收率為標準計算收率，按照公式（1）計算上述四種柔軟劑的相對成本如表5所示。

表5　柔軟劑的相對成本元/kg

從表5可知，柔軟劑DF-S4的相對成本較樣品A的相對成本低0.50元左右，柔軟劑DFS7的相對成本也比樣品B的相對成本降低0.50元左右。而柔軟劑DF-S4的手感明顯優于樣品A（見表2），柔軟劑DF-S7的手感也優于樣品B（見表2），可見，柔軟劑分子中引入尿素作為架橋劑后，性價比更高，成品的競爭力提高。

3　結論

（1）以尿素作為架橋劑，分別與脂肪酰胺和脂肪酸酯反應，得到的兩種新型的柔軟劑，這兩種新型柔軟劑與目前市場上相對應的產品相比，10%的軟油黏度低，泡沫也略降低。

（2）用合成的柔軟劑處理棉織物的手感與市場上相對應的產品相比手感更好，黃變性更低，并且其相對成本更低，因此，性價比更好，產品的競爭力提高。

［1］鮑利紅，趙晗，李青.聚氨酯預聚體改性氨基硅油柔軟劑的制備［J］.紡織學報，2014，35（3）：87-91.

［2］GAURAV A，ANNE P，LUDOVIC K，et al.Interaction between the surface properties of the textiles and the deposition of cationic softener［J］.Journal of Surfactants and Detergents，2012，15（1）：97 -105.

［3］蔡繼權，陳八斤，王勝鵬，等.TF-463A柔軟劑的制備及其應用性能［J］.紡織導報，2014（4）：46-47.

［4］孟小華.醚一酯型雙長鏈紡織柔軟劑的合成及應用［J］.印染助劑，2014，31（3）：23-26.

［5］ROQAYA S.Effect of fabric softener on properties of a single jersey knitted fabric made of cotton and spandex yarn［J］.International Journal of Clothing Science and Technology，2012，24（4）：251-272.

［6］KHALID M Z，SHAZIA T，SYED B H，et al. Preparation of rich handles soft cellulosic fabric using amino silicone based softener.Part-I：surface smoothness and softness properties［J］.InternationalJournalofBiologicalMacromolecules，2011，48（3）：482-487.

［7］任歡歡，徐成書，王越虎，等.織物用陽離子柔軟劑的合成及性能研究［J］.印染助劑，2013，30（4）：21-25.

［8］SHILPI M，TYAGI V K.Ester quats：the novel class of cationic fabric softeners［J］.Journal of Oleo Science，2007，56（6）：269-276.

［9］楊雪蘋，蔣文偉.新型織物柔軟劑——硬脂酸三乙醇胺酯季銨鹽合成與應用綜述［J］.皮革與化工，2008，25（6）：25-31.

［10］任進和，高文東，張文靜.陽離子柔軟劑在筒子染色中的應用［J］.染整技術，2012，34（8）：45 -48.

［11］唐渝，張淵明，楊峻，等.Ahcovel纖維助劑的改性研究［J］.日用化學工業，2001（5）：62-63.

［12］唐渝，鄭卓麗，張淵明，等.硬脂酸二乙醇胺酯型柔軟劑的合成［J］.精細石油化工，2003（5）：45-47.［13］萬震.新型有機硅柔軟劑應用性能的研究［J］.上海紡織科技，2003，31（3）：1-3.

［14］金鮮花，李郁文，來春偉.低黃變軟片TF-449的性能與應用［J］.現代紡織技術，2004，12（6）：21-23.

［15］葛虹，孫玲新，王軍.脂肪酸系列表面活性劑的研究進展［J］.日用化學品，2004，34（3）：176 -180.

THE PROPERTIES OF FABRIC SOFTENERS SYNTHESIZED BY USING UREA AS CROSS-LINKING AGENT

YU Yun-yi1
（Yanguang Chem.Ind.Co.，Ltm.，Guangzhou 510800，China）

A stearic acid ester and a stearic acid amide were synthesized by using urea as cross-linking agent.Their properties were studied and compared with those commercial products of similar structures without cross linking with urea.The results showed that the viscosity，foam and yellowing properties of the obtained softeners were lower than those of commercial products，and the hand feeling of cotton treated by the obtained softeners was better.It was found that the softeners synthesized by using urea as cross-linking agent had higher performance but lower cost，which made them more competitive than other commercial products.

cationic softener，urea，stearic acid ester，stearic acid amide

TS195.23

A

10.3969/j.issn.1672-500x.2016.03.002

2016-08-22

余云義（1980-），男，湖北大冶人，工程師，碩士，長期從事紡織染整助劑研究和開發工作。