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有机硅类柔软剂的特性及对织物整理风格的影响
关注:7942  添加时间:2020/10/29

有机硅类柔软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。聚二甲基硅氧硅(DMPS)又叫甲基硅油,当甲基硅油中的部分甲基被多种碳官能团取代时,又叫改性硅油。按取代基的性质改性硅油可分为反应性改性硅油和非反应性改性硅油。


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,第三代是带活性基团(氨基、环氧基)的聚硅氧烷乳液,聚合方法与羟乳基本相同,不同的是在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。这类带活性基团的聚硅氧烷乳液由于使用离子型的表面活性剂,其乳液呈强阳离子或阴离子性,与其它助剂复配时选择性较强,配伍性较差,;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,通常我们把氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷叫做标准氨基硅油,而把其它的氨取代基聚硅氧烷叫做改性氨基硅油。氨基硅油由于氨基极性强,与纤维表面的羟基、羧基等相互作用,与纤维形成非常牢固的取向、吸附,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。氨基硅油很容易被适当的表面活性剂乳化成稳定透明的微乳液。


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,因此我们重点讨论氨基硅油的结构与织物性能的关系。


氨基硅油的特性


氨基硅油有四个重要参数:氨值、粘度、反应性和粒度。这四个参数基本反应出氨基硅油的品质,并且会大大影响被处理织物的风格。如手感、白度、色光以及硅油乳化的难易程度。


氨值


氨基硅油赋予织物的各种性能如柔软度、滑度、丰满度大多是聚合物中氨基所带来的。氨基含量可由氨值表示,它指的是中和1g氨基硅油所需的1当量浓度的盐酸的毫升数。因此,氨值直接与硅油中氨基含量的摩尔百分数成正比。氨基含量越高,氨值就越高,整理织物手感越柔软、平滑,这是因为氨基官能团的增加,使其对织物的亲和力大大增加,形成更规整的分子排列,从而赋予织物柔软平滑的手感。


但是氨基中的活泼氢易于氧化形成发色团,造成织物的泛黄或稍带黄光。在同样氨基的情况下,显然随着氨基含量(或氨值)的增加,氧化的几率增加,泛黄严重。


随着氨值的增加,氨基硅油分子的极性增加,从而为氨基硅油的乳化提供了有利的先决条件,可制成微乳液,而乳化剂的选择和乳液中粒径的大小和分布亦与氨值相关。


粘度


粘度与聚合物分子量及分子量分布有关。一般地说,粘度越大,氨基硅油的分子量越大,在织物表面的成膜性越好,手感越柔软,平滑性越好,但其渗透性越差,尤其对强捻紧密织物及细旦织物,氨基硅油难以渗入纤维内部,影响织物性能,粘度过大还将使乳液稳定性变差或难以制成微乳。一般不能只通过粘度来调整产品,往往通过氨值和粘度来平衡产品的性能。通常氨值低,就需粘度高,从而平衡织物的柔软性能。


因此,滑爽的手感就需要高粘度的氨基改性硅油。然而在柔软处理焙烘时,一些氨基硅油交联成膜,从而增大分子量,因此,氨基硅油的初始分子量与最终在织物上成膜的氨基硅油分子量不同。由此,同样的氨基硅油在不同的工艺条件下加工,最终产品的滑爽性可以有很大的差异。另一方面,低粘度的氨基硅油也可以通过加交联剂或调整焙烘温度来改善织物的手感。低粘度氨基硅油增加渗透性,再通过交联剂和工艺优化,则可综合高、低粘度氨基硅油的优点。一般氨基硅油的粘度范围在150~5000厘泊。


但值得注意的是,氨基硅油分子量的分布对产品性能的影响可能更大。低分子量的渗入纤维内部,而高分子量的分布于纤维外表面,使纤维内外均被氨基硅油所包裹,从而赋予织物柔软和滑爽的感觉,但带来的问题可能是分子量差异过大会影响微乳液的稳定性。


反应性


具有反应性的氨基硅油,整理时可以产生自交联,而交联程度的提高,将增加织物的滑爽感、柔软度和丰满度,尤其对弹性提高更为明显。当然,一般的氨基硅油当采用交联剂或增加焙烘条件时,同样可以增加交联度,因而也可以提高回弹。羟基或甲氨基端的氨基硅油,氨值越高,其交联度好,则弹性也越好。


微乳液粒径和乳液电荷性


氨基硅油乳液粒径小,一般低于0.15μ,所以乳液完全是热力学稳定的分散状态,其贮存稳定性,耐热稳定性和抗剪切稳定性优异,一般不会破乳。同时微小的粒径使颗粒表面积增大,从而大大提高氨基硅油与织物的接触几率,表面吸附量增大且均匀性提高,渗透性提高,所以易形成连续膜,提高织物的柔软、滑爽性和丰满感,尤其对细旦织物。但如果氨基硅油粒径分布不匀,将大大影响乳液的稳定性。


氨基硅油微乳液的电荷性取决于乳化剂。一般情况下阴离子型纤维吸附阳离子型氨基硅油容易,从而提高处理效果。而吸附阴离子乳液则不易,对非离子型乳液的吸附量和均匀性优于阴离子乳液。若纤维负电荷小,则对微乳液不同电荷性的影响则大为降低。因而化纤如涤纶吸附各种不同电荷性的微乳液及其均匀性均优于棉纤维。


氨基硅油和不同性能对织物手感的影响


柔软度


尽管氨基硅油的特征是通过氨基官能团与织物的结合而大大提高有机硅对织物的亲合力及规整排列的方式,从而赋予织物柔软及平滑手感。但是实际整理效果在很大程度上取决于氨基官能团在氨基硅油中的本性、数量及分布。同时乳液配方及乳液平均粒径大小也影响柔软手感。如果上述影响因素能够达到理想平衡,则织物整理的柔软风格将达到最佳,称之为“超柔软”。一般氨基硅油柔软剂的氨值多在0.3~0.6之间,氨值越高,氨基官能团在硅油中的分布越均匀,则织物手感越柔软,但是当氨值大于0.6以后,织物的柔软手感并不明显增加。此外,乳液粒径越小,则越有利于乳液附集,对柔软手感有益。


平滑手感


由于有机硅化合物的表面张力很小,因此氨基硅微乳液极易在纤维表面铺展,形成良好的平滑手感。一般来说,氨值越小,氨基硅油分子量越大,则平滑性越好。此外,端氨基的硅油由于链节中的硅原子全部与甲基相连,可以形成非常整齐的定向排列,从而获得优异的平滑手感。


弹性(丰满度)


氨基硅油柔软剂带给织物的弹性(丰满度),因硅油的反应性、粘度及氨值的不同而不同。一般来说,织物的弹性取决于织物在烘干定型时,氨基硅膜在织物表面的交联情况。a.端羟基的氨基硅油其氨值高则丰满度(弹性)越佳。b.侧链引入羟基可以较大幅度调整织物的弹性。c.侧链引入长链烷基也可获得理想的弹性手感。d.选择适当的交联剂,也可获得理想的弹性效果。


白度


由于氨基官能团特殊的活性,在时间、加热和紫外线的影响下氨基会被氧化,造成织物泛黄或稍带黄光。氨基硅油对织物白度的影响,包括造成白色织物泛黄和有色织物色变,白度一直是氨基硅油整理剂除手感外的重要考评指标。通常氨基硅油中氨值越低,白度越好;但相应地,氨值变小,则柔软剂变差。为此需要选择适当氨值的硅油以达到理想手感。在低氨值的情况下,还可以通过改变氨基硅油的分子量,达到期望的柔软手感。


氨基硅油的织物整理风格


一般来说,织物整理对手感的要求可归纳为柔软、平滑、弹性(丰满度)三个方面。我们已经知道可以通过选择不同的氨值,不同的端基以及控制不同的分子量及分子量分布来合成粘度、氨值及反应性有差异的氨基硅油。那么,选择不同的氨基硅油及各种氨基硅油的组合,可以满足各种纤维在柔软、平滑和弹性方面的不同要求。

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