环氧化改性硅油的合成及棉织物整理应用

研究与技术

烯基硅油环氧化改性及织物整理应用

臧雄1，李战雄1,2，吴林1，蔡露1

（1. 苏州大学纺织与服装工程学院，江苏苏州215006；2. 现代丝绸国家工程实验室，江苏苏州215123）

摘要：以甲基三氯硅烷、环戊二烯基钠等为初始原料，先经取代、共水解等化学反应制得环戊二烯基硅油(CMP)，再经环氧化改性制得环氧改性硅油(ECMP)。目标产物经红外和核磁共振鉴定化学结构。通过黏度计测得环氧改性硅油的黏度，化学滴定法测定环氧改性硅油的环氧值。通过改变硅油浓度、硅油比例、焙烘时间、温度探究了环氧改性硅油和氨基硅油对棉织物的整理效果，测定了织物的综合性能、耐久性等。试验结果表明：环氧改性硅油可以有效抑制氨基硅油的黄变性，且赋予了织物良好的性能。

关键词：环氧改性硅油；烯基硅油；环氧值；织物整理

中图分类号：TS195.2 文献标志码：A 文章编号：

Epoxidation Modification of Alkenyl Silicone Oil and Its Application in Fabric

Finishing

ZANG Xiong1, LI Zhanxiong1,2, WU Lin1, CAI Lu1

(1. College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou 215006,China; 2. National Engineering Laboratory

for Modern Silk, Suzhou 215006, China)

Abstract: This study prepares cyclopentadienyl silicon oil (CMP) with methyl trichlorosilane and cyclopentadienyl sodium as original raw materials through chemical reactions such as substitution and cohydrolysis and then prepares epoxy modified silicon oil (ECMP) through epoxidation modification. The chemical structure of the target product is identified through infrared and nuclear magnetic resonance. This study tests the viscosity of epoxy modified silicon oil through viscosimeter and the epoxy value of epoxy modified silicon oil with chemical titration method, explores the finishing effect of epoxy modified silicon oil and amino silicon oil on cotton fabrics by changing the concentration and proportion of silicon oil, baking time and temperature and tests the overall performance and durability of fabrics. The test result shows that epoxy modified silicon oil can effectively restrain the yellowing property of amino silicon oil and provide good properties for fabrics.

Key words: epoxy modified silicone oil; alkenyl silicone oil; epoxy value; fabric finishing

近年来，环氧改性硅油的应用研发工作受到人们的关注，其中最广泛采用的方式是用含不饱和烯烃的环氧化合物与含氢硅油进行加成反应[1-5]。由于聚合度较高时，在硅油主链上的硅氢键引入环氧基较困难，因此可在硅烷单体或低聚硅烷上先键合环氧基，再将其与D4共聚制得高聚合度环氧改性硅油[6]。

环氧改性硅油作为一种环保的纤维整理剂应用时，侧基环氧基可与纤维分子的―OH、―NH2和―COOH等基团反应，其化学键合方式可提供更好的耐久性[7-8]。与氨基硅油相比，环氧改性硅油不泛黄，其还能够与氨基硅油分子中的氨基进行交联，对氨基进行封闭，因此与氨基硅油复配使用时可抑制泛黄，提高稳定性[9-10]。

本文设计并合成了侧链为环戊二烯基的甲基硅油，并通过环氧化改性合成了结构独特的侧基环氧基改性硅油。研究了环氧改性硅油的乳化工艺，环氧改性硅油应用于织物整理，并分析了整理应用性能。

1 试验

收稿日期：2014-07-10；修回日期：2014-09-20

基金项目：国家自然科学基金项目（51273140）；国家重点实验室开放课题资助项目（DPMEIKF 201305）

作者简介：臧雄（1990—），男，硕士研究生，研究方向为有机氟硅助剂的合成与应用。通信作者：李战雄，教授，lizhanxiong@。

1.1 试验材料与仪器

材料：环戊二烯基钠（THF 溶液）（CP ，上海百灵威科技有限公司），甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷均为工业品（浙江新安化工集团股份有限公司），间氯过氧苯甲酸（m-CPBA ）（CP ，阿拉丁化学试剂有限公司），脂肪醇聚氧乙烯醚-3（AEO-3）、脂肪醇聚氧乙烯醚-9（AEO-9）、脂肪酸失水山梨醇酯-80（span-80）、脂肪酸失水山梨醇酯-20（span-20）等乳化剂均为工业品（国药集团化学试剂有限公司），溶剂：CDCl 3，内标：TMS 。

仪器：Nicolet 5700型傅里叶变换红外光谱仪（美国Thermo Electron 公司），INOV A-400型核磁共振仪（美国Varian 公司），WSB-3A 型智能式数字白度仪测定（温州大荣纺织仪器有限公司），Instron5967材料试验机（英斯特朗），KESFB-AUTO-A 织物风格仪（日本加多技术有限公司），SW-12A 型耐洗色牢度试验机（常州德普纺织科技有限公司），S-4800型扫描电子显微镜（日本日立公司）。 1.2 试验方法 1.2.1 烯基硅油合成

在装有磁力搅拌器、温度计、回流冷凝管及N 2保护装置的三口烧瓶内加入16.45 g （0.1 mol ）甲基三氯硅烷和100 mL 无水乙醚，冷却至―20℃，缓慢滴加环戊二烯基钠/THF 溶液50 mL （C=2 mol/L ），滴完后保温反应8 h ，得到环戊二烯基甲基二氯硅烷溶液。

将100 mL 饱和的碳酸氢钠溶液置于三口烧瓶中，并在冰水中冷却。将所得环戊二烯基甲基二氯硅烷溶液与二甲基二氯硅烷和三甲基氯硅烷混合均匀后，通过恒压滴液漏斗缓慢滴加，滴完，升温至室温，反应2 h 后倒入分液漏斗，分去下层水溶液，用50 mL 质量分数为5%的NaOH 水溶液洗3次，去离子水洗至中性，干燥，旋蒸除去低沸点溶剂，得到环戊二烯基硅油。

CH 3Si Cl

-20℃

Si Cl

3

Si Cl Cl 3

Si Cl CH 3

3

Si H 3C O Si

CH 3O Si CH 3O Si 15

15CH 3CH 3

3

CH 3Si H 3C O Si

CH 3O Si CH 3O Si 15

15CH 3CH 3

CH 3

CH 3

CH 3CH 3

CH 3

CH 3

CH 3

CH 3O

O

CMP

ECMP

图1 CMP 和ECMP 的合成

Fig.1 Synthesis of CMP and ECMP

1.2.2 环氧化改性

在装有磁力搅拌器、温度计、回流冷凝管的三口烧瓶中，加入5.00 g 环戊二烯基硅油，冰水冷却，将11.00 g 间氯过氧苯甲酸（m-CPBA ）溶解在100 mL 二氯甲烷中，搅拌均匀后，通过恒压滴液漏斗滴加，滴完，升至室温反应24 h 。反应结束后，用50 mL 饱和碳酸氢钠溶液水洗，热水洗5~6次，去离子水洗3次，分去水层，干燥，旋蒸除去低沸点溶剂，得到环氧改性硅油。 1.3 整理工作液配制

采用高速剪切分散乳化机（FM200型）配制乳液，转速5 000 r/min 。

环氧改性硅油(ECMP)乳液：在250 mL 烧杯中依次加入环氧改性硅油、span-80非离子乳化剂、SDS 阴离子乳化剂、水，混合搅拌，再分两次加入水，每次搅拌2 min ，用高速剪切乳化机乳化15 min ，得