由于有機硅材料有諸多優點,如表面張力低、生理惰性、耐高溫、疏水性、成膜性,并且無毒無污染,因此,從20世紀60年代開始就廣泛應用于各工業領域。在紡織行業中作為織物整理劑可賦予紡織品滑爽、柔軟、透氣、抗菌防霉、防靜電、抗皺、防水等特殊功能。其作為紡織助劑主要經歷了三個發展階段,目前研究較熱的第三代產品主要是改性硅油。按照改性基團的不同,可分為聚醚改性、氨基改性、環氧基改性、羧基改性、醇羥基改性等。氨基改性硅油是第三代產品中的佼佼者,與其他類型的硅油相比,其在柔軟、滑爽、豐滿、回彈性、耐洗性等方面的整理效果更佳。
過去有機硅助劑一般以乳液的形式使用,20世紀90年代利用微乳化技術合成的有機硅微乳液在紡織染整行業中得到了應用,使這些產品的使用范圍進一步擴大。微乳液的粒徑一般在10~100nm之間,介于乳液與膠束之間,粒徑分布較窄,外觀為澄清透明帶有藍光的液體,性質穩定。
將硅油配制成微乳液后與普通乳液比具有較大優勢,不但在運輸和整理過程中性質穩定,而且在整理效果上更出色。由于普通乳液粒徑較大,聚硅氧烷分子只能沉積在紗線的表面,而微乳液卻可以滲透到紗線內部的纖維之間,從而使織物從內到外柔軟效果都很好。微乳液已是現在有機硅助劑的主要應用形式,也是今后研究的主要方向。下面就當前氨基改性有機硅微乳液的研究進行了綜述,為有機硅微乳液的研究提供一定的參考。
1 氨基改性有機硅微乳液的制備
氨基硅油的制備方法主要有3種:環氧硅油與有機胺的開環法;含氫硅油與烯胺的硅氫加成法;八甲基環四硅氧烷(D4)與氨基硅烷偶聯劑開環聚合反應。而以原料D4開環聚合制備氨基硅油的反應是目前最常用的方法,其按工藝過程的不同又分為本體聚合法和乳液聚合法。
目前合成氨基硅油所用的氨基硅烷偶聯劑大部分是N-B-氨乙基-r-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(602),如圖1所示。少量是N-環己烷一r氨丙基甲基二甲氧基硅烷。催化劑一般為酸或堿。

本體聚合制備氨基硅油目前研究的比較多,具體方法是將D4、氨基硅烷偶聯劑、封端劑和催化劑直接混合,在沒有其他反應介質的條件下進行聚合,從而制成氨基硅油,其結構如圖2所示。本體聚合后制備出的氨基硅油需通過乳化過程將其制成微乳液,目前乳化成微乳液的方法主要有如下幾種:機械乳化法、乳液聚合法、轉相乳化法(反相乳化法)、D相乳化法、相轉變溫度法(HLB溫度乳化法)、鹽度掃描法等。每一種方法都需要加入各種乳化劑或助乳化劑,對于本體聚合而言,機械乳化法和轉相乳化法較為常用。劉云端等人首先將D4和KOH混合制成堿膠,再加入D4、氨基硅烷偶聯劑及其水解物,反應制得一種雙氨基和三氨基共改性氨基硅油,減壓處理后加入表面活性劑等進行乳化得到氨基硅油微乳液。張西亞、Kongliang Xiec、曹文宇等也用類似的方法合成出氨基硅油微乳液,并探討了各種反應條件對產品性能的影響。

乳液聚合法可以使氨基硅油的制備及其微乳化過程同時進行,具有簡單、直接和一步到位的特點。該法與本體聚合法的最大不同在于該反應是在含有各種乳化劑和助乳化劑的水介質中進行的。危想平等先將D4、水、乳化劑、偶聯劑混合進行預乳化,再將催化劑、水混合后向其中滴加預乳液開環聚合,制成氨基硅油微乳液。顧盼盼等利用相似的方法合成出了陰離子型氨基改性有機硅。乳液聚合與本體聚合方法都可以制成性能較好的微乳液。乳液聚合法具有耗能小、成本低、反應速率快、分子量大的優點。而本體聚合法具有產物純度高,微乳液不易漂油的優點。
2氨基硅油再改性
氨基改性硅油有著優良的性能,但也存在著一些諸如容易黃變、親水性差、抗靜電能力弱等缺點。隨著高檔紡織品的出現,對整理助劑的性能要求越來越高,促使了對氨基硅油再改性酌研究。目前對氨基硅油的改性研究主要集中在如下方面。
2.1低黃變改性
經氨基硅油整理后的織物會出現一定泛黃現象,主要原因是氨基硅油中氨基上的活潑氫容易被氧化而形成發色基團造成的,尤其是伯氨基,氧化現象明顯。目前降低氨基硅油泛黃性的方法主要有2種:一是對氨基進行酰化保護;二是使用不含伯胺的硅烷偶聯劑。
用酰化試劑對氨基進行酰化可以減少氨基中的活潑氫,從而達到減少發色團的目的。酰基化試劑主要是酸酐類、內酯類、碳酸酯等。張曉紅等利用本體共聚法合成氨基硅油,再將氨基硅油溶解后滴加乙酸酐進行酰化,得到新型氨基硅油。通過乙酸酐酰化后泛黃性得到了較好的改善,并且乳液的穩定性也增強了。邵敏等用r一丁內酯對氨基硅油進行改性,整理后的織物具有低泛黃性。但是酰化程度的增加會使氨基硅油的柔軟性下降,故需要把握酰化的程度才能得到較好的性能。
用新的硅烷偶聯劑代替雙氨基硅烷偶聯劑也可以減少泛黃性。一般采用的都是含活潑氫數目較少的叔氨基哌嗪、嗎啉、哌啶等雜環化合物的氨基硅烷偶聯劑。周軍副163等人用一種含哌嗪基團的硅烷偶聯劑與D4進行本體聚合,制備出一種性能優異不泛黃的產品。陳祝軍等用線性體的聚硅氧烷與含哌嗪基團的硅烷偶聯劑合成出了低黃變氨基硅油。
2.2親水化改性
親水性差也是氨基硅油的一大缺點,導致制成的乳液穩定性不好,并且被其整理后的織物穿著有悶熱的感覺。目前增加親水性的主要途徑是在氨基硅油分子中引入聚醚基團,其合成方法主要有以下3種:①氨基硅油接枝聚醚:將活性聚醚接在氨基硅油的氨基鏈上,得到氨基聚醚硅油。李原以氨基硅油與烯丙基聚醚為原料,經邁克爾加成合成親水性氨基硅油,該產物具有較好的自乳化能力。劉瑞云等采用一種端基為環氧基的聚醚對氨基
硅油進行改性,得到的產品不但泛黃性得到抑制,親水性也有了提高。②氨基嵌段聚醚:利用含聚醚的有機硅單體和氨基有機硅單體進行聚合,形成氨基鏈與聚醚鏈并排的聚合物。范艷萍、羅明勇、何雨虹等人先用D4進行開環,再向其中滴加氨基有機硅單體和聚醚有機硅單體進行改性。③聚醚硅油接枝氨基:將氨基接在聚醚硅油鏈上,得到氨基聚醚硅油。許曉華等先用含環氧基的烯丙基醚與含氫硅油進行硅氫加成,合成出帶環氧基的聚醚硅油,再用乙二醇胺進行氨化,得到親水性氨基硅油。
2.3季銨化改性
將氨基硅油通過烷基化試劑改性成具有抗菌性能的季銨鹽,由于減少了氨基上的活潑氫也會使改性后的氨基硅油具有一定的低黃變性。高正宏等用D4和602的水解物本體聚合成氨基硅油,再以無水乙醇為溶劑,加入氯化芐烷基化試劑進行反應,得到的產物具有良好的抗菌性能。丁宏博、李俊英等都用類似的方法對氨基硅油進行了改性。
2.4長鏈烷基改性
將長鏈烷基引入氨基硅油中,會賦予氨基硅油一些新的特性,如易乳化、透氣性和耐洗性。黃良仙等用D4與含長鏈烷基的硅烷偶聯劑和氨基硅烷偶聯劑通過本體聚合,合成出既含長鏈烷基又含氨基的硅油。杜麗萍用長鏈碳異氰酸酯與氨基硅油反應,獲得不同氨值的長鏈烷基改性氨基硅油,該產物在整理應用中有良好的性能。
2.5氟改性
將含氟基團引入氨基硅油中,會使其整理后的織物拒水性和增深作用明顯增強。劉岳等人用含三氟丙基環三硅氧烷和氨基硅烷偶聯劑開環聚合,但合成出的產物柔軟性要比氨基硅油差。
2.6糖酰胺改性
將糖酰胺接枝在聚硅氧烷中間或端位上,就形成了糖酰胺改性有機硅。原料來自天然可再生資源,環境相容性好,可應用于織物整理。WangGuoyong等用氨基硅烷偶聯劑和六甲基二硅氧烷封端后,再接上含糖基團合成含氨基的三硅氧烷。
3展望
有機硅是一種很有發展前途的新型綠色材料,其中氨基硅油微乳液是綠色材料中的佼佼者。目前該方面的研究還存在許多問題:制備微乳液需要的表面活性劑的量大,使得有機硅有效成分濃度降低[31],甚至在整理過程中產生黏輥;在改善氨基硅油的泛黃性、疏水性等方面,雖然已經有不少這方面的解決辦法,但都難兼顧優良的柔軟性、親水性和低泛黃性于一體;盡管有機硅的應用范圍不斷擴大,但是對其進行改性的大部分工作主要依靠經驗,而對改性過程中物質的結構和性能變化規律的基礎研究還很缺乏‘323;有機硅助劑價格偏高。因此,隨著我國紡織行業對織物整理劑的要求不斷提高,該方面研究面臨的新課題主要有以下幾點。
(1)氨基硅油改性應兼顧優良的柔軟性、親水性和低泛黃性,并使制得的微乳液表面活性劑的用量下降;
(2)加強氨基硅油改性產品結構和性能的研究,以便指導分子設計進行改性研究;
(3)簡化氨基硅油微乳液的制備工藝,提高其性價比,以適應我國紡織助劑的要求。





