聚醚改性有機硅的合成及其表征

王 娟，宋秘釗,2，劉玉龍，王彥珍

(1.齊齊哈爾大學 輕工與紡織學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006； 2.齊齊哈爾大學 亞麻加工技術教育部工程研究中心，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

聚甲基氫硅氧烷因其獨特的分子結構，具有耐高低溫、耐輻射、無毒無害、生理惰性等優良性能。被廣泛用于紡織、化工、電氣、醫療等行業[1-3]。在紡織行業大多被用作織物后整理劑，用作織物用柔軟整理劑時，常會對含氫硅油進行改性，即在聚甲基氫硅氧烷長鏈的端基或側鏈引入氨基、醚基、環氧基等活性基團，合成多功能型柔軟劑[4-7]，使織物除具有良好的柔軟性之外，還具有吸濕性好、抗靜電、耐洗滌等其他特性[8]。

滌綸纖維因具有阻抗性好、耐腐蝕性強、速干性等一系列優良特性現已成為合成纖維中產量最高、使用最廣的品種。但滌綸的親水性較差,其在加工和穿著過程中易產生靜電[9]。本文合成了一種聚醚改性含氫硅油柔軟劑，旨在使織物變得柔軟順滑的同時，還可以賦予其優良的吸濕性，使織物具有一定的親水性和抗靜電性。

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

材料：滌綸布(市售，裁剪為經×緯30 cm×20 cm大小)。

試劑：含氫硅油(工業級，中藍晨光化工研究院);聚醚F-6(工業級，江蘇省海安石油化工廠)；氯鉑酸(分析純，沈陽市科達試劑廠)；甲苯(分析純,杭州高晶精細化工有限公司)。

儀器：Z-1BC型真空干燥箱(天津市泰斯特儀器有限公司)； BS223S型電子天平(北京賽多利斯儀器系統有限公司)；DF-Ⅱ型集熱式磁力加熱攪拌器(江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司)；氮氣減壓器(寧波市鄞州五鄉飛宇儀表廠)；RE 52-86A型旋轉蒸發器(上海亞榮生化儀器廠)；SHZ-D型循環水式真空泵(鞏義市英峪予華儀器廠)； Spectrum 100型傅里葉紅外變換光譜儀(美國PE公司)；M271466型核磁共振儀(中西遠大科技有限公司)。

1.2 聚醚改性硅油的制備

1.2.1 反應原理

合成反應以H2PtCl6為催化劑，按照硅氫加成反應機制進行，反應結構式如圖1所示。

圖1 反應結構式

1.2.2 合成過程

按配比準確稱取聚甲基氫硅氧烷(PMHS)、甲苯、氯鉑酸-異丙醇溶液(催化劑)依次加入裝有球形冷凝管、N2通氣管、滴液漏斗的四口燒瓶中。開通N2待氣泡穩定后，打開冷凝水，開始加熱攪拌。待溫度升到80 ℃后，緩慢滴加混有一定量甲苯的聚醚F-6，控制在1.0～1.5 h內滴加完畢，然后繼續升溫至110 ℃，恒溫反應8 h，然后減壓蒸餾除去甲苯。反應過程中，定時取樣利用量氣法[10]測定反應轉化率。

1.3 結構表征與性能測試

1.3.1 化學結構表征

將聚醚F-6和PMHS及合成產物聚醚改性硅油分別進行紅外光譜(IR)測試，將合成的聚醚改性有機硅進行核磁共振氫譜(1H-NMR)檢測分析，觀察反應是否發生以及反應程度。

1.3.2 表面形貌表征

將合成的聚醚改性有機硅應用到滌綸織物上，對整理前后的滌綸織物試樣用H-7650型掃描電子顯微鏡分別進行形貌表征，觀察纖維表面形貌的變化。

1.3.3 整理前后織物性能測試對比分析

對經聚醚改性有機硅整理前后的滌綸織物分別進行白度、斷裂強力、彎曲剛度等性能測試。

斷裂強力：在YG(B)026D-250型電子織物強力機上按照 GB/T 3917—2009《紡織品 織物撕破性能》 測試滌綸織物整理前后的斷裂強力。

白度：取同等大小的滌綸原布與經聚醚改性有機硅整理后的滌綸織物各一塊并折疊4層，在 DSBD-1型白度儀上進行測試，測試4次，結果取平均值。

防污性：按照GB/T 30159.1—2013《紡織品 防污性能的檢測和評價 第1部分：耐沾污性》測試整理前后滌綸織物的防污性。

彎曲剛度：用YG821 L型織物風格儀按照FZ/T 01054.4—1999 《織物風格試驗方法 彎曲性能試驗方法》測試滌綸織物的彎曲剛度。彎曲剛度越小，織物越柔軟。

回潮率：先稱取試樣質量,然后在一定溫度的烘箱中放置一定時間去除其中水分,再稱取試樣干燥后質量,計算實際回潮率。

摩擦因數：按照FZ/T 01054—2012 《織物表面摩擦性能的試驗方法》在MXD-01摩擦系數儀上測定織物整理前后的動、靜摩擦因數。

柔軟性：通過主觀評價法來進行測試，從1到5分為5個等級，1級最差，5級最好。請12個人對整理前后的滌綸織物分別進行手感測試，評定柔軟性等級，去除最高值與最低值，取余下數據的平均值，作為滌綸織物的柔軟性等級。

2 結果與討論

2.1 正交試驗

表1 因素水平表

2.2 結構表征

2.2.1 紅外光譜表征

2.2.2 核磁共振氫譜分析

合成產物的核磁共振氫譜圖見圖3，可以看出，在δ=4.70 處Si—H的化學位移基本消失，在δ=0.47處出現了—Si—CH2—中亞甲基質子產生的化學位移，在δ=1.16處出現了聚醚鏈中PO—CH3的質子峰,δ=1.60處為側鏈上與C相連的—CH2—質子峰，δ=3.37～3.70處為聚醚鏈中—CH2—O—的質子峰，δ=7.29處為溶劑 CDCl3產生的峰[12]。

表2 正交試驗結果

圖2 原料及合成產物的IR圖

2.3 織物的SEM分析

經聚醚改性有機硅處理前后的滌綸織物SEM圖見圖4，可以看出，未整理的滌綸織物表面較為粗糙，有雜質，纖維之間的縫隙較大。聚醚改性有機硅在整理后的滌綸織物表面形成一層薄膜，使纖維變的平整光滑，減少了纖維之間的縫隙，使纖維與纖維之間的排列變得更加緊密。

圖3 合成產物的1H—NMR圖

圖4 織物的SEM圖(×2 000)

2.4 應用實驗

將合成的聚醚改性有機硅整理劑在整理劑質量濃度為50 g/L，溫度為60 ℃的情況下整理60 min，再通過二浸二軋，軋余率為80%。將180 ℃焙烘2 min的工藝應用到滌綸織物上，測試整理前后滌綸織物各項性能的變化，結果如表3所示。

表3 整理前后滌綸織物的各性能測試結果

從表3可知，經聚醚改性有機硅整理后的滌綸織物白度基本不變，斷裂強力由整理前的402 N變為整理后的788.5 N，斷裂伸長率由3.85%變為4.65%?？刮坌杂?級增加到4級，柔軟性由2級變為4級，回潮率由0.39%增加到2.93%，彎曲剛性由2.01 cN/cm2減小到0.73 cN/cm2，摩擦因數由0.81變為0.285，均有明顯變化，使織物具有良好的抗污性、柔軟性和親水性。可提高織物在服用過程中的舒適性。

3 結 論

②利用IR、1H-NMR檢測手段表征，證明了反應的順利進行，聚醚鏈段成功接枝到聚甲基氫硅氧烷的側鏈上。

③將聚醚改性有機硅柔軟劑應用到滌綸織物上，通過測定各項力學性能，以及SEM檢測分析，結果顯示，經整理過的滌綸織物柔軟性可從2級提高到4級，回潮率從0.39%提高的2.93%。柔順性、親水性等性能均有改善。