二甲基硅油和聚醚改性氨基硅油整理剂的制备与应用

二甲基硅油和聚醚改性氨基硅油整理剂的制备与应用
二甲基硅油具有各种优异的特性，因此在工农业生产各部门，国防工业，科学研究及医疗卫生等部门，都得了极其广泛的应用。

澳达化工认为它广泛用于电气绝缘、脱模、消泡、阻尼、防震、滚压、防尘、防水、高低湿润等方面。

1、二甲基硅油在机电工业中的应用：二甲基硅油广泛用在电机、电器、电子仪表上作为耐温、耐电弧电晕、抗蚀、防潮、防尘的绝缘介质、目前还用做变压器、电容器、电视机的扫描变压器的浸渍剂等。

在各种精密机械、仪器及仪表中，用作液体防震、阻尼材料。

二甲基硅油的消震性能受温度影响小，多用于具有强烈机械震动及环境温度变化大的场合下，使用的仪表如：飞机、汽车的仪表中。

用于防震、阻尼、稳定仪表读数，还可作为液体弹簧，且于飞机的着陆装置中。

2、二甲基硅油作消泡剂：由于二甲基硅油表面张力小，且不溶于水，动植物油及高沸点矿物油中，化学稳定性好、又无毒，用作为消泡剂已广泛用于石油、化工、医疗、制药、食品加工、纺织、印染、造纸等行业中，只要加入10-100PPM的硅油就具有良好的消泡剂作用。

3、二甲基硅油作脱模剂：由于二甲基硅油与橡胶、塑料、金属等的不粘性，又用做各种橡胶、塑料制品成型加工的脱模剂，及用于精密铸造中。

用它做脱模剂不仅脱模方便，且使制品表面洁净、光滑、纹理清晰。

4、二甲基硅油作绝缘、防尘、防霉涂层：在玻璃、陶瓷器表面浸涂一层而二甲基硅油，并在250-300℃进行热处理后，可形成一层半永久性的防水、防霉和绝缘性的薄膜。

用之处理绝缘器件，可提高器件的绝缘性能：用之处理光学仪器，能防止镜片、棱镜发霉；用之处理药瓶，能延长药品的保存期，并不使制剂因粘壁而损失；用之处理电影胶片的表面，可起润滑作用，减少磨擦，延长影片寿命。

5、二甲基硅油作润滑剂：二甲基硅油适于做橡胶，塑料轴承、齿轮的润滑剂。

也可做为在高温下钢材对钢的滚动磨擦，或钢与其它金属磨擦时的润滑剂，但由于在常温下甲基硅油润滑性能并不特别好，一般情况下，并不推荐做为常温下金属间的润滑剂。

6、二甲基硅油作添加剂：二甲基硅油可作许多材料的添加剂，如可作为油漆的增光剂，加少量硅油到油漆中，可使油漆不浮包、不起皱提高漆膜的光亮度，加少量硅油到油墨中，可提高印刷质量，加少量硅油到抛光油中（如汽车上光油），可增加光亮，保护漆膜，并有优良的防水效果。

7、二甲基硅油在医疗卫生中的应用：二甲基硅油对人体无生毒性，也不被体液分解，故在医疗卫生事业中，也被广泛应用。

利用其消泡作用，制成了口服胃肠消胀
片，及肺水肿消泡气雾剂等药用。

在药膏中加入硅油，可提高药物对皮肤的渗透能力，提高药效。

以硅油为基础油的某些膏药剂对烫伤、皮炎、褥疮等都有很好的疗效，利用硅油的抗凝血作用，可用其处理贮血器表面，延长血样贮存时间等。

8、二甲基硅油其它方面：二甲基硅油在其它方面还有许多用途。

如：利用其闪点高、无嗅、无色、透明且对人体无毒等特性，在钢铁、玻璃、陶瓷等工业和科研中，作为油浴或恒温器中的热载体。

利用其抗切变性能好，可做液压油尤其是航空液压油。

用其处理人造丝纺丝头，可消除静电，提高抽丝质量。

在化妆品上加入硅油能提高对皮肤的滋润和保护作用等等。

聚醚改性氨基硅油整理剂的制备应用
1、前言
有机硅织物整理剂，主要指纺织品最后整理过程中所应用的，能够赋予织物优良性能的有机硅助剂或以有机硅为基质并配以其他助剂的复配物。

有机硅类整理剂的基本成分是各种各样的线性聚硅氧烷，它们的分子量都不是很高，在常温下为流动状态，所以通常又叫硅油。

聚二甲基硅氧烷又叫甲基硅油，当甲基硅油中的部分甲基被各种碳官能团取代时，又叫改性硅油。

因硅油具有易扰曲的螺旋形直链结构，主链由硅原子和氧原子交替组成，由于硅氧键的键能较高，键角、键长都较大，因此在性能上，有许多独到之处。

硅油的这种特殊结构和基本性能，便是它们能够成为优良织物整理剂的基础。

1．1国内有机硅整理剂的发展概况
有机硅类柔软剂在国内的生产和应用可以说经历了四代：第一代是端羟基的高分子量聚硅氧烷乳液(羟乳)，由八甲基环四硅氧烷(D4)、水、乳化剂、催化剂等原料在一定条件下乳液聚合而成；第二代是聚醚改性硅油，由甲基含氢硅油与末端带有不饱和键的聚乙二醇、聚丙二醇等聚醚进行硅氢加成反应制成；第三代是带活性基团(氨基、环氧基)的聚硅氧烷乳液，在聚合时，原料中加入了一定量的硅烷偶联剂。

这些氨基、环氧基官能团的引入，极大地改善了整理后织物的柔软性、平滑性、弹性以及整理效果的耐久性，不足之处是在使用过程中有破乳、漂油现象；第三代有机硅柔软剂进行再复配或化学改性以降低生产成本，改善不足，同时开发高分子量或新型具有特殊功能的有机硅柔软剂将成为本领域21世纪的研究重点。

第四代是以氨基硅油为代表的改性硅油，是目前市场上最具代表性的有机硅柔软剂品种。

氨基硅油由于氨基极性强，能与纤维表面的羟、羧基等相互作用，使硅氧烷主链能定向地、牢固的附着于纤维表面，使纤维之间的摩擦系数下降。

这意味着织物握在手中时，用很小的力就能使纤维之间开始滑动，以致感到柔软。

第四代有机硅产品(氨基改性硅油)已成为含硅柔软剂的主流。

氨基改性硅油作为第四代机硅整理剂有很优异的应用性能，用它整理的织物具有柔软、滑爽、穿着舒适的性能，但也存在一定的不足之处，如：(1)经其整理的织物呈疏水性，穿着时感觉闷热且难以洗涤；(2)整理后的浅色及白色织物在经过高温焙烘后会出现不同程度的黄变现象;(3)很多氨基改性有机硅乳液的稳定性很差，在储运和应用过程中经常出现“破乳漂油”现象，在浸轧使用过程中有粘辊现象。

为了克服以上缺点，人们采用各种方法来改进氨基硅油，主要是采用聚醚对传统氨基硅油进行改性，不仅可以增强其吸湿性、稳定性，还可以降低黄变。

氨基硅油黄变的原因是氨基上的活泼氢。

这种结构的存在(特别是伯氨基的存在)，使氨基极易被氧化，分解形成发色团(偶氨基和氧化偶氨基)。

这种双胺型结构具有协同作用，加速氧化作用，有利于形成发色团，造成织物泛黄。

在光、热作用下，其初级氧化产物有以下三种(图1)。

图1氨基硅油黄变机理
N-β-氨乙基-γ-氨丙基聚二甲基硅氧烷泛黄严重，关键是γ-位仲氨基氧化物的协同效应，加速伯氨基氧化物产生发色团，产物(2)经脱水形成较稳定的共轭结构中间体(3)，起着氧化泛黄中非常重要的作用。

通常氨值越高，黄变越严重；降低氨值，黄变缓解，但柔软度下降。

通常认为，侧链氨基中双胺型黄变最为严重，伯氨基其次，仲氨基和叔氨基改性硅油，基本上无黄变现象。

在本次实验中，用活性聚醚对伯氨基进行改性，使其变成仲氨基，因此可以达到降低黄变的目的。

1．2聚醚改型有机硅整理剂发展概况
单纯对普通硅油进行聚醚改性，硅油的亲水性增加，甚至由疏水性完全转化为水溶性，所以聚醚改性硅油使用过程中不会出现破乳、漂油问题。

其次，聚醚改性聚硅氧烷尽管在柔软、滑爽性方面不及氨基改性聚硅氧烷，但其中的聚氧亚乙基具有亲水性，它能避免一般硅油在使用中出现破乳漂油现象外，还能赋予纤维表面一定的吸湿性，从而提高了织物表面的电导率，起到了抗静电作用，改善了织物的防污性能。

但聚醚硅油自交联成膜能力以及与纤维的结合能力均较弱，手感及耐洗性不佳。

由此可见，在聚醚和氨基聚硅氧烷二者之间取长补短，研制并生产既有良好的柔软性，又能提供良好吸湿性、并能防止粘辊的的亲水性多功能的柔软剂有着重要的实际意义。

虽然使用聚醚改性硅油与氨基硅油复配可以得到亲水性好且手感良好的效果，但复配效果远远不如直接进行聚合反应得到聚醚改性氨基硅油的效果好。

用端基为环氧基的聚醚与氨基硅油分子中的氨基加成，形成含有氨基聚醚链段的改性硅油，反应制得的改性硅油可配制成淡黄色透明溶液，可极大改善织物的亲水性和泛黄性。

1．3氨基硅油的性能特点
氨基硅油是侧链或末端碳原子上连有活性氨基的一类硅油。

有伯、仲、叔、季与单、双胺之分。

它是一种阳离子硅油，最大特点是柔软性能好，与纤维有结合性。

氨基硅油整理的织物柔软、滑爽、弹挺、抗皱，而且有良好的抗静电性和一定的耐洗性。

另外，高粘度氨基硅油还能使聚酯／棉混纺织物有丰满、似棉一样的手感；而较低粘度的氨基硅油则使织物有光滑的丝绸感。

但目前工业上大量使用的氨基硅整理剂，疏水较性强，在储运和应用过程中经常出现“破乳漂油”现象，在浸轧使用过程中有粘辊现象，而且，所含氨基，特别是伯氨基容易被氧化而导致整理后的白色及浅色织物泛黄，影响织物的整理效果和服饰的美观性。

1．4聚醚改性氨基硅油的性能特点
在聚醚和氨基聚硅氧烷二者之间取长补短，研制并生产既有良好的柔软性，又能提供良好吸湿性、并能防止粘辊的的亲水性多功能的柔软剂有着重要的实际意义。

虽然使用聚醚改性硅油与氨基硅油复配可以得到亲水性好且手感良好的效果，但复配效果远远不如直接进行聚合反应得到聚醚改性氨基硅油的效果好。

用端基为环氧基的聚醚经开环与氨基硅油分子中的氨基加成，形成含有氨基聚醚链段的改性硅油，反应制得的改性硅油可配制成淡黄色透明溶液，可极大改善织物的亲水性和泛黄性。

1．5课题的研究
氨基硅油织物整理剂对织物进行整理后能赋予其超柔软的效果，而活性聚醚改性氨基硅油可以在基本保持传统氨基硅油的优异手感的前提下，对氨基硅油存在的黄变、拒水、乳液不稳定等缺点显著改善，从而使活性聚醚改性氨基硅油真正成为一种新型纺织助剂化学品，在印染行业对绿色环保安全高效助剂需求日益增长的今天，占有一席重要地位：同时于提高我国后整理技术，改变产品结构，增加产品附加值，将起到重要作用。

以八甲基环四硅氧烷(D4)、偶联剂N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧硅烷(602)为原料，首先合成普通的氨基硅油，再用特种活性聚醚对其进行改性，得到亲水型聚醚改性氨基硅油，重点探讨反应温度、反应时间、溶剂的选择及用量等工艺条件对产
品性能的影响。

最后，对传统的氨基硅油与新型的聚醚改性氨基硅油的应用性能进行比较。

2实验部分
2．1实验仪器
表1实验仪器
2．2实验药品
表2实验药品
2．3聚醚改型氨基硅油的制备
1)氨基硅油的制备
以八甲基环四硅氧烷(D4)和N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧硅烷(602)为原料，以四甲基氢氧化铵为催化剂，经开环、聚合得到氨基改性硅油(图2)。

图2氨基改性硅油的合成
2)聚醚改性氨基硅油的制备
3)以氨基硅油和活性聚醚为原料，以异丙醇作为溶剂，环氧开环与氨基反应得到目标产物聚醚改性氨基硅油(图3)
图3聚醚改性氨基硅油的合成
2．4实验步骤
2．4．1氨基硅油的制备
在装有搅拌器、冷凝管、温度计的1000ml三口烧瓶中，加入400gD4，搅拌，升温至115℃，加入催化剂四甲基氢氧化铵0.24g，保温半小时左右，待粘度明显增大后加入偶联剂N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧硅烷(602)20.8g，控温在115℃左右6小时。

2．4．2聚醚改性氨基硅油的制备
在装有搅拌器、冷凝管、温度计的1000ml三口烧瓶中，加入200g上述合成的氨基硅油，150g活性聚醚，105g异丙醇，在80～92℃，进行回流反应，至反应物透明后，再继续保温四个小时，最后在0．01MPa条件下降温减压脱去异丙醇。

2．5产品性能检测
2．5l粘度测试
取制备好的硅油200g到250ml的烧杯中，将样品恒温至25℃，使用旋转式粘度仪，选择合适的转子，选取合适的转速，读取屏幕上的读数即为样品粘度。

2．5．2离心稳定性测试
将硅油乳液置于离心试管中，于转速3000r／min下离心45min，目测乳液是否分层。

2．5．3白度测试
将经聚醚改性硅油整理好的白布样品用色度分析仪进行测量，即得到白度值。

2．5．4柔软性测试
用手触摸法评定，比较标准为手感最佳者的柔软性、平滑性等级为5级，未整理的织物的柔软性、平滑性等级为1级，其他整理织物相对于这个标准评定。

2．5．5亲水性测试
用标准滴管(25滴／ml)从离织物2cm高度处向水平铺展的织物表面滴一滴水，在静态情况下测定织物吸收完一滴所用的时间，以5次测试的平均值为最终结果。

2．6产品的乳化及应用
2．6．1氨基硅油的乳化
在250ml烧杯中加入20g氨基硅油，lOg乳化剂，开动搅拌，混合均匀后加入O.3g 兑6g去离子水的冰醋酸，继续搅拌均匀，慢慢滴加70g去离子水，得到了外观为透明带有蓝光，含固量为30％的乳液。

2．6．2聚醚改性氨基硅油的乳化
1.4氨值、1.2氨值、O.9氨值聚醚改性硅油可按照单纯聚醚改性硅油乳化方法直接用去离子水进行乳化。

0.6氨值聚醚改性硅油可按照氨基硅油的乳化方法乳化。

2．6．3产品的应用
以纯棉布为整理布料，将含固量为30％的聚醚改性氨基硅油乳液与水配成15g／l 的浴液，二浸二轧，烘干(130℃，3min)，焙烘(150℃，40s)。

3、结果与讨论
3．1硅油氨值对产品性能的影响
经过理论推算，合成0.6、0.9、1.2、1.4四种氨值的硅油投料比如表3：
表3合成不同氨值硅油所用的投料比
经测定，所作试验的硅油氨值分别为0.62、o.98、1.23、1.42，其中，理论0.9
氨值的硅油可能是加入两次碱性催化剂而引起氨值稍大，其他基本上与理论值相差不大。

氨基硅油的氨值太低，其本身手感就不理想，且所含有氨基上的氢原子太少，与活性聚醚与之反应的难度加大；而氨值太高，其所制得的改性硅油的黄变又会加大。

分别对四种氨值的氨基硅油做应用测试，测试结果如表4。

表4聚醚改性氨基硅油的不同氨值对棉布的手感、亲水性影响
由表4看氨值在1.2mmol／g时，所制得的改性氨基硅油的柔软性可以达到最好氨值在1.4mmol／g时，所制的的改性氨基硅油的亲水性最好，但黄变比较严重。

3．2溶剂的用量对反应的影晌
表5异丙醇用量对反应的影响
用1.4氨值的硅油来讨论异丙醇用量对反应的影响。

溶剂对活性聚醚与氨基硅油的反应速率有很大影响。

本实验采用异丙醇作为溶剂，它能增加环氧基团的开环反应，有利于反应朝产物方向进行。

由表5可以看出，当异丙醇占反应物质量的比例越高时，需要的反应时问就越短，但相应的成本也随之增加。

考虑到成本因素，通过实验确定异丙醇的量与反应物质量比例为1：3.5时，可以在较短的时间内完成反应。

3．3反应温度及反应时间对产品性能的影响
反应温度越高，反应时间越短，但本实验中使用异丙醇做溶剂，所以反应温度在80～92℃左右异丙醇即回流，温度变化不大；同时反应时间越长，活性聚醚对氨基硅油的改性越充分。

由表5可见，反应进行25分钟，反应体系就由不透明转变成均一的透明体系，继续反应4小时，使反应物形成分子量、分子结构形成均匀的产物。

可见，反应时间与异丙醇的量有很大关联。

3．4乳化方法对产品性能的影响
经观察，聚醚改性氨基硅油乳液在3000r／min下离心45min后没有分层，表明产品的稳定性良好。

对于氨基硅油来说，乳化是极其重要的一个工艺。

硅油不经乳化不能发挥其整理效果，只会在织物上造成油斑。

乳化后的乳液还要有很好的稳定性，否则其应用性能会大大的降低，并且乳化剂的价格相对来说比较贵，而且不同的乳化剂对氨基硅油的乳化效果有一定程度的差异，也会影响氨基硅油的性能。

因此要找到对特定氨基硅油的乳化剂配方是个很重要、也很困难的工作。

对于亲水性聚醚改性氨基硅油来说，氨值大的聚醚改性氨基硅油可直接和水混溶，不需要乳化剂乳化，不仅减少了使用工序，更不会降低其服用性能，保持原有的优良手感。

对于氨值较低的聚醚改性氨基硅油，可用少量的乳化剂对其进行乳化，从而降低成本。

由此可见，在乳化这一重要方面，聚醚改性氨基硅油比普通氨基硅油有了大幅度的提升。

3．5硅油粘度对产品性能的影响
不同氨值的氨基硅油及聚醚改性氨基硅油的粘度如表6：
表6不同氨值硅油及聚醚改性硅油的粘度
用本实验所用原料和合成方法来做实验，产物粘度不会很高，有利于乳化和比较手感。

但粘度越高，分子量越大，硅油平滑性越好。

4、总结
4．1以异丙醇作为溶剂，在80～92℃用聚醚对氨基硅油进行改性。

考虑到成本因素，异丙醇的量与反应物质量比例为1：3.5时，可以在较短的时间内完成反应。

4．2聚醚改性氨基硅油能够在基本保持氨基硅油的优异手感的前提下，大大提高其亲水性以及改善其易黄变、乳液不稳定等缺点，从而使活性聚醚改性氨基硅油真正成为一种新型多功能纺织助剂。