聚醚改性有机硅的合成及其表征

王 娟，宋秘钊,2，刘玉龙，王彦珍

(1.齐齐哈尔大学 轻工与纺织学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006； 2.齐齐哈尔大学 亚麻加工技术教育部工程研究中心，黑龙江 齐齐哈尔 161006)

聚甲基氢硅氧烷因其独特的分子结构，具有耐高低温、耐辐射、无毒无害、生理惰性等优良性能。被广泛用于纺织、化工、电气、医疗等行业[1-3]。在纺织行业大多被用作织物后整理剂，用作织物用柔软整理剂时，常会对含氢硅油进行改性，即在聚甲基氢硅氧烷长链的端基或侧链引入氨基、醚基、环氧基等活性基团，合成多功能型柔软剂[4-7]，使织物除具有良好的柔软性之外，还具有吸湿性好、抗静电、耐洗涤等其他特性[8]。

涤纶纤维因具有阻抗性好、耐腐蚀性强、速干性等一系列优良特性现已成为合成纤维中产量最高、使用最广的品种。但涤纶的亲水性较差,其在加工和穿着过程中易产生静电[9]。本文合成了一种聚醚改性含氢硅油柔软剂，旨在使织物变得柔软顺滑的同时，还可以赋予其优良的吸湿性，使织物具有一定的亲水性和抗静电性。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

材料：涤纶布(市售，裁剪为经×纬30 cm×20 cm大小)。

试剂：含氢硅油(工业级，中蓝晨光化工研究院);聚醚F-6(工业级，江苏省海安石油化工厂)；氯铂酸(分析纯，沈阳市科达试剂厂)；甲苯(分析纯,杭州高晶精细化工有限公司)。

仪器：Z-1BC型真空干燥箱(天津市泰斯特仪器有限公司)； BS223S型电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司)；DF-Ⅱ型集热式磁力加热搅拌器(江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司)；氮气减压器(宁波市鄞州五乡飞宇仪表厂)；RE 52-86A型旋转蒸发器(上海亚荣生化仪器厂)；SHZ-D型循环水式真空泵(巩义市英峪予华仪器厂)； Spectrum 100型傅里叶红外变换光谱仪(美国PE公司)；M271466型核磁共振仪(中西远大科技有限公司)。

1.2 聚醚改性硅油的制备

1.2.1 反应原理

合成反应以H2PtCl6为催化剂，按照硅氢加成反应机制进行，反应结构式如图1所示。

图1 反应结构式

1.2.2 合成过程

按配比准确称取聚甲基氢硅氧烷(PMHS)、甲苯、氯铂酸-异丙醇溶液(催化剂)依次加入装有球形冷凝管、N2通气管、滴液漏斗的四口烧瓶中。开通N2待气泡稳定后，打开冷凝水，开始加热搅拌。待温度升到80 ℃后，缓慢滴加混有一定量甲苯的聚醚F-6，控制在1.0～1.5 h内滴加完毕，然后继续升温至110 ℃，恒温反应8 h，然后减压蒸馏除去甲苯。反应过程中，定时取样利用量气法[10]测定反应转化率。

1.3 结构表征与性能测试

1.3.1 化学结构表征

将聚醚F-6和PMHS及合成产物聚醚改性硅油分别进行红外光谱(IR)测试，将合成的聚醚改性有机硅进行核磁共振氢谱(1H-NMR)检测分析，观察反应是否发生以及反应程度。

1.3.2 表面形貌表征

将合成的聚醚改性有机硅应用到涤纶织物上，对整理前后的涤纶织物试样用H-7650型扫描电子显微镜分别进行形貌表征，观察纤维表面形貌的变化。

1.3.3 整理前后织物性能测试对比分析

对经聚醚改性有机硅整理前后的涤纶织物分别进行白度、断裂强力、弯曲刚度等性能测试。

断裂强力：在YG(B)026D-250型电子织物强力机上按照 GB/T 3917—2009《纺织品 织物撕破性能》 测试涤纶织物整理前后的断裂强力。

白度：取同等大小的涤纶原布与经聚醚改性有机硅整理后的涤纶织物各一块并折叠4层，在 DSBD-1型白度仪上进行测试，测试4次，结果取平均值。

防污性：按照GB/T 30159.1—2013《纺织品 防污性能的检测和评价 第1部分：耐沾污性》测试整理前后涤纶织物的防污性。

弯曲刚度：用YG821 L型织物风格仪按照FZ/T 01054.4—1999 《织物风格试验方法 弯曲性能试验方法》测试涤纶织物的弯曲刚度。弯曲刚度越小，织物越柔软。

回潮率：先称取试样质量,然后在一定温度的烘箱中放置一定时间去除其中水分,再称取试样干燥后质量,计算实际回潮率。

摩擦因数：按照FZ/T 01054—2012 《织物表面摩擦性能的试验方法》在MXD-01摩擦系数仪上测定织物整理前后的动、静摩擦因数。

柔软性：通过主观评价法来进行测试，从1到5分为5个等级，1级最差，5级最好。请12个人对整理前后的涤纶织物分别进行手感测试，评定柔软性等级，去除最高值与最低值，取余下数据的平均值，作为涤纶织物的柔软性等级。

2 结果与讨论

2.1 正交试验

表1 因素水平表

2.2 结构表征

2.2.1 红外光谱表征

2.2.2 核磁共振氢谱分析

合成产物的核磁共振氢谱图见图3，可以看出，在δ=4.70 处Si—H的化学位移基本消失，在δ=0.47处出现了—Si—CH2—中亚甲基质子产生的化学位移，在δ=1.16处出现了聚醚链中PO—CH3的质子峰,δ=1.60处为侧链上与C相连的—CH2—质子峰，δ=3.37～3.70处为聚醚链中—CH2—O—的质子峰，δ=7.29处为溶剂 CDCl3产生的峰[12]。

表2 正交试验结果

图2 原料及合成产物的IR图

2.3 织物的SEM分析

经聚醚改性有机硅处理前后的涤纶织物SEM图见图4，可以看出，未整理的涤纶织物表面较为粗糙，有杂质，纤维之间的缝隙较大。聚醚改性有机硅在整理后的涤纶织物表面形成一层薄膜，使纤维变的平整光滑，减少了纤维之间的缝隙，使纤维与纤维之间的排列变得更加紧密。

图3 合成产物的1H—NMR图

图4 织物的SEM图(×2 000)

2.4 应用实验

将合成的聚醚改性有机硅整理剂在整理剂质量浓度为50 g/L，温度为60 ℃的情况下整理60 min，再通过二浸二轧，轧余率为80%。将180 ℃焙烘2 min的工艺应用到涤纶织物上，测试整理前后涤纶织物各项性能的变化，结果如表3所示。

表3 整理前后涤纶织物的各性能测试结果

从表3可知，经聚醚改性有机硅整理后的涤纶织物白度基本不变，断裂强力由整理前的402 N变为整理后的788.5 N，断裂伸长率由3.85%变为4.65%。抗污性由1级增加到4级，柔软性由2级变为4级，回潮率由0.39%增加到2.93%，弯曲刚性由2.01 cN/cm2减小到0.73 cN/cm2，摩擦因数由0.81变为0.285，均有明显变化，使织物具有良好的抗污性、柔软性和亲水性。可提高织物在服用过程中的舒适性。

3 结 论

②利用IR、1H-NMR检测手段表征，证明了反应的顺利进行，聚醚链段成功接枝到聚甲基氢硅氧烷的侧链上。

③将聚醚改性有机硅柔软剂应用到涤纶织物上，通过测定各项力学性能，以及SEM检测分析，结果显示，经整理过的涤纶织物柔软性可从2级提高到4级，回潮率从0.39%提高的2.93%。柔顺性、亲水性等性能均有改善。