阳离子有机硅柔软剂的合成及其性能研究

2011年 11 月

收稿日期：2011-02-26

作者简介：吕景春（1979-），女，安徽安庆人，讲师，主要从事纺织印染方面的分析与测试研究

阳离子有机硅柔软剂的合成及其性能研究

吕景春 冯 娟 李 静 （盐城工学院纺织服装学院 江苏 盐城 224051）

摘要：以D 4、1631、1227和水为原料，以KOH为引发剂，合成阳离子有机硅柔软剂；探讨了温度，催化剂用量，搅拌速度，乳化剂用量、比例对D 4转化率的影响，研究表明，催化剂用量为1%（o.m. D 4），温度为80℃，搅拌速度为300～350r/min，乳化剂用量为7.4%，乳化剂比例1631:1227=3.5:1是合成最佳条件。自制柔软剂的各种稳定性均良好，且对织物白度基本没有影响，对织物柔软性和撕裂强力的改善与商品柔软剂相当，对织物的亲水性影响与商品柔软剂相比较小。

关键词：八甲基环四硅氧烷；有机硅羟乳；合成；性能

中图分类号：TS 195.23 文献标识码：B 文章编号 ：1005-9350(2011)10-0047-04

随着人们生活水平的提高，人们对织物柔软程度的要求越来越高，纺织行业已将柔软处理作为提高产品质量和附加值的重要手段。柔软剂是指一种能够吸附于纺织品纤维表面并使纤维平滑，以改变手感，使产品更有舒适感的纺织助剂，其中阳离子有机硅柔软剂具有良好的抗静电性和柔软性以及良好的杀菌和消毒能力，并能赋于纤维很好的柔软效果，是目前最为重要，使用最广泛的柔软剂之一。

以八甲基环四硅氧烷单体（D 4）为原料，单体在乳化剂胶束中聚合成高聚物，同时形成乳液，加乳化剂、催化剂等，在规定条件下直接进行开环乳液聚合，得到羟基封端的高分子量聚硅氧烷乳液。反应是以碱为引发剂，作为分子链封端剂的水在反应

开始时与引发剂一起加入反应单体中，使得分子链的链增长与羟基封端同时进行即可制得羟基聚硅氧烷。八甲基环四硅氧烷单体（D 4）开环聚合反应如式1所示[1]。本课题主要研究的是阳离子有机硅柔软剂的合成与应用性能。

式1 八甲基环四硅氧烷单体（D 4）开环聚合反应方程式

2.1 实验仪器和药品

主要仪器：产品合成玻璃实验仪器一套、玻璃恒温水浴、微量高速离心机、鼓风干燥箱、精密电动搅拌器、傅立叶变换红外光谱仪、激光粒度分析仪。

药品：氢氧化钾、无水氯化钙、乙酸、氢氧化钠、对苯二酚、十六烷基三甲基溴化铵（1631）、八甲基环四硅氧烷（D 4）、十二烷基二甲基苄基氯

1 前言

CH 3

Si O Si CH 3

O Si CH 3

CH 3

O Si O

CH 3

3

CH 3

CH 3

碱性

HO Si

CH 3

CH 3

O

OH

33

2 实验

化铵（1227）44%等均为分析纯，商品柔软剂均为

工业品。

2.2 合成方法

将适量的水、D

4

、1227组成混合物和另外一份

水、D

4

、1227、1631混合物分别在1500r/min的速度下制成预乳液，然后将前一份预乳液加到预热的四口烧瓶中搅拌，再加入KOH，然后在30min内将后一份预乳液滴入烧瓶中，继续反应一定的时间。反应结束后将产物倒入烧杯中，用醋酸中和至pH值6.5～7.0，得阳离子有机硅柔软剂。

2.3 单体转化率的测定

在反应过程中，定时吸取一定量乳液滴加到已称重的称量瓶中，放在干燥器中，迅速冷却反应，称重，滴适量2%的对苯二酚水溶液。在140℃的烘箱中烘干至恒重,按式(2-1)和式(2-2)进行计算[2～3]。

固含量=（烘干后乳液和瓶重－瓶重）/乳液质量×100% 式(2-1)

转化率=(固含量×总投料量－不挥发物质量)

×100%/D

4

质量 式(2-2)

2.4 红外光谱测定

试样准备[4]：将羟基硅微乳液用饱和明矾水溶液破乳后，加一定量乙醚，用分液漏斗分出水层，用蒸馏水洗涤至乙醚层透明。乙醚层用旋转蒸发仪80℃下减压脱出残余水分和未反应单体，得到液态羟基硅微乳液。

红外扫描：将提纯的羟基硅微乳液和D

4

分别用红外光谱仪扫描，得红外光谱图。

2.5 粒径分析

取适量自制的硅油乳液，用Beckman Coulter N5激光粒度分析仪进行测量。

2.6 应用工艺

浸轧（柔软剂用量 2% o.m.f，浴比 1：20，时间 40min；一浸一轧，轧余率80%）→ 烘干（90℃×3min）→焙烘（180℃×1min）

使用WSD-Ⅲ型全自动白度计、YG811织物悬垂性测定仪和YG(B)033A落锤式织物撕裂仪测定织物的白度、悬垂系数和撕裂强度等性能。

3.1 合成条件的优化

3.1.1催化剂用量对单体转化率（%）的影响

由于KOH是提供环硅氧烷阳离子乳液聚合活性中心氢氧根离子的来源[5]，因此，随着KOH用量的增加，活性中心浓度也增加，聚合速率提高，但KOH用量超过一定量后，聚合速率反而下降，因为活性中心浓度增加到一定程度后，相互之间会生成没有引发活性的配合结构，降低活性中心浓度，导致聚合速率下降。由图1可知，KOH较适宜的用量为相对于单体质量的1%。

图1 催化剂用量对单体转化率的影响

3.1.2 乳化剂的用量对单体转化率（%）的影响

图2 乳化剂用量对单体转化率的影响

由图2可见，随着乳化剂用量的增加，聚合反应速率增加，达到7.4%后，再增加乳化剂的用量，聚合速率反而下降。其原因可能是在D

4

的阳离子乳液聚合中，阳离子型乳化剂能与催化剂KOH进行反应，生

成季铵碱，该碱活性较高，是D

4

开环聚合真正的催化剂[6～8]。因此随着阳离子型乳化剂用量的增加，季铵碱生成量相应增加，导致聚合速率提高。但随着乳化剂浓度进一步提高，由季铵碱引发单体生成的活性中心浓度达到一定程度后，活性中心之间则形成一种没有引发活性的络合结构[9]，从而降低活性中心浓度，反而导致了聚合速率下降。较适宜的用量为相对于单体质量的7.4%。

3.1.3乳化剂比例对单体转化率（%）的影响

由图3可知，单独使用1227或1631对D

4

乳液

3 结果和讨论

反应时间/h 转

化

率

/

%

转

化

率

/

%

反应时间/h