亲水柔软剂的复配与高浓乳化技术研究Yd11611

胡元元，李飞，马永才  烟台市开发区金宏化工有限公司，山东烟台264006

来稿日期：2009-04-20

作者简介：胡元元(1983-)，硕士研究生，烟台开发区金宏化工有限公司，主要从事后整理助剂的研发

原载：染整技术2009/9；33-35，41

 

    【摘要】筛选了三只硅油复配柔软剂，以E0数分别为5和9的两支脂肪醇乙氧基化物和乙二醇单甲醚为乳化剂，转相法制备硅油微乳液。重点考察了硅油的配比对织物亲水、手感、白度的影响，乳化剂的配比对硅油微乳液性能的影响。结果表明，8600:8803:1800=5:3:2，EM50:EM9:乙二醇单丁醚=3.2:4.8:2，硅油用量为微乳液质量的53.3％，乳化剂总用量为微乳液质量的26.7％时，可制得高浓、稳定、透明的硅油微乳液，配制的柔软剂整理效果较好。

    【关键词】硅油；乳化剂；亲水柔软剂；高浓；微乳液

【中图分类号】TSl95.23文献标识码：B文章编号：1005-9350(2009)09-0033-03

 

    自20世纪60年代以来，柔软剂一直是硅油应用中最为广泛的领域。在众多的硅油柔软整理剂中，氨基硅油具有其它柔软剂无法比拟的“超柔软”效果。使织物柔软、滑爽、亲水，同时具有良好的抗静电性和一定的耐洗性。但是传统的氨基硅油柔软剂一般会导致织物泛黄，并且变得具有极强的疏水性。经亲水性有机硅柔软剂整理的织物虽然不会改变织物原有的亲水性，但其柔软性与单纯的氨基改性有机硅柔软剂相比略显不足[1-2]。本文针对目前纺织品亲水后整理的品质要求，选用新一代有机官能硅酮柔软剂8600、8803与手感柔软剂1800进行复配，通过应用试验寻求最佳的复配比例。同时为了降低生产成本，运输成本，应用方便，探索三支硅油高浓含量的乳化工艺。

1  实验

1.1  材料及仪器

1.1.1  材料

    65/35涤/棉机织物、纯棉机织物

1.1.2  药品

    有机硅酮8600(氨值0.65—0.7，粘度3000～12000，道康宁)、有机硅酮8803(氨值0.20-0.25，粘度2000-10000，道康宁)、氨基硅油CS-l800(氨值0.60-0.65。粘度15000，自产)、脂肪醇乙氧基化物EM50(E0=5，HLB=10.5)、脂肪醇乙氧基化物EM9(E0=9，HLB=13)、乙二醇单甲醚、HAC、NaOH、Na2C03、MgCl2·6H20、去离子水。

1.1.3  仪器

    JJ-1电动搅拌器、l0l-lA电热鼓风干燥箱、SPN302F电子天平、SL-N电子天平、WSB-3白度仪、80-2B低速台式离心机、PHS-3C酸度计。

1.2  复配柔软剂的应用试验

    将三支硅油乳液按照一定的配比进行复配，三支硅油均是采用2:l油相法乳化的30％含量的乳液。复配的柔软剂分别用于整理涤棉、纯棉织物，测试整理后织物的亲水、白度、手感指标。

    整理工艺为：织物→浸轧20 g／L的柔软剂(80％轧余率，二浸二轧)→100℃烘干→160℃定型→亲水、白度、手感测试。

1.3  复配硅油的微乳化工艺

将一定量的乳化剂和硅油加入烧杯中，搅拌混合均匀，加入少量水混合均匀，再加入少量酸，搅拌均匀，再加入余下的水，常温下搅拌使物料转相，得到透明的硅油微乳液。

1.4性能测试与表征

1.4.1  亲水性测试

    该测试用来评价有机硅柔软剂处理后的织物的湿润性能(亲水性能)并和未处理的样品(空白样品)进行比较，试验为测量一滴蒸馏水完全被吸收的时间，取6次试验的平均值。在试验前，所有织物放于恒温环境中一段时间。

1.4.2  白度指标测定

    白度指标经WSB-3白度仪测定，以5次测试的平均值为最终结果。

1.4.3  手感评价

    该测试是对一组在相同条件下，处理相同“织物上”的有机硅柔软剂后的布样，以不标记号的方式来评估。织物经过一组人的评价并取平均值，介于0和5之间，越高的数值，则表明手感越好。

1.4.4  耐剪切稳定性

    将乳液倒入离心试管，置于高速离心机中，以3000 r／min的转速，离心处理30 min，目测微乳外观。

1.4.5  耐碱稳定性

    3 g微乳液加入97g碱液(pH=12.25)，搅拌均匀，放置24h，观察微乳液是否破乳漂油。

1.4.6  耐电解质稳定性

    3g微乳液加入97g电解质(3％MgCl2·6H20)，搅拌均匀，放置24 h。观察微乳液是否破乳漂油。

1.4.7  耐热稳定性测试

    10％的微乳液50℃烘箱内放置24 h，观察微乳液是否破乳漂油。

1.4.8  pH测定

    用pH酸度计测定1％的微乳液。

1.4.9含固量测定

    电子天平(精确到0.0001)中称的称量瓶的质量为m1，准确称取1～2 g微乳液m2，105℃烘箱内烘2h，取出干燥器冷却，称的称量瓶加微乳液的质量为m3，则含固量=(m3-m1)／m2。

2  结果与讨论

2.1  复配柔软剂的应用试验

    本试验所选用的三支硅油性能各异。8600是一支可瞬间亲水的有机官能硅酮柔软剂，可提供持久的耐水洗性能;8803被誉为是“不漂油的柔软剂”，可与树脂同浴整理，赋予织物滑爽的特性;1800是一支带有季铵盐基团、耐高剪切、稳定性极高的“超柔软”型柔软剂。将这三支各具特长的柔软剂复配，使织物兼顾亲水、柔软、滑爽的风格，同时使柔软剂具有极高的稳定性。考虑到8803具有一定的疏水性，用量不应多于3份。

表1  复配柔软剂的应用效果

试验编号

柔软剂质量比

65/35涤棉

纯棉

(m1:m2:m3)

亲水s

白度

手感

亲水s

白度

手感

1

0:0:0

4

82.13

0

＜1

78.79

0

2

1:0:0

4-5

81.91

3

1-2

76.72

2

3

0:1:0

18

80.29

2

10

76.32

1

4

0:0:1

10

80.60

3-4

6

76.71

4

5

4:3:3

10

80.21

3

5-6

77.27

3

6

5:3:2

7

81.80

3

5-6

77.25

3

7

4:2:4

6

80.36

4

3

77.80

5

8

5:2:3

5

81.72

5

2

77.41

5

9

4:1:5

5-6

81.65

4-5

2-3

77.32

4-5

10

5:1:4

5

81.64

5

2

76.66

5

    注：m1为30％含量2:1乳化的8600乳液；m2为30％含量2:1乳化的8803乳液； m3为30％含量2:l乳化的1800乳液。

    由表I可知，⑦-⑩处理后的涤棉织物亲水可达6s以内，纯棉织物可达3s以内，手感在4～5级之间，白度无明显降低。当8600:8803:1800=5:2:3时，处理后的织物亲水、白度降低最少，手感可达5级，具有柔软、滑爽、丰满的风格。同时考虑到成本，1800的价格高于8600和8803，⑧号配方是性价比较好的选择。

2.2  复配硅油的微乳化工艺

    微乳液的油相和水相之间有超低的表面张力，是一种各向同性、机械和热力学稳定的分散体系，与传统的有机硅乳液相比，有机硅微乳液的粒径小，具有优良的渗透性、贮存稳定性、耐热稳定性和抗剪切稳定性[3]。

本实验配制的亲水柔软剂是直支硅油的复配产品，车间生产过程中将三支硅油分别乳化，既费时，又浪费人力、物力、能源，所以本实验出于降低生产成本的考虑，探索将三只硅油共同乳化的工艺。由于采用的三支硅油粘度都比较高，而且三支硅油的粘度不同，增加了将其共同乳化的难度，本试验用相对容易的转相乳化法将三只硅油共同乳化成性能稳定的微乳液。

    在有机硅微乳液体系中，表面活性剂的含量有一定范围，过少的乳化剂不足以使有机硅分散成稳定的微小液滴，不能形成微乳液，过多又会溶解或分散存水中，导致乳液浑浊，稳定性下降，乳化剂的用量一般不超过被乳化硅油量的30％～50％。

2.3  复合乳化剂最佳配比的确定

    每种乳化剂都有特定的HLB值，单一乳化剂往往很难满足由多组分组成体系的乳化要求，通常将多种具有不同HLB值的乳化剂混合使用，既可以满足复杂体系的要求，又可以大大增进乳化效果[4]。本实验选用E0数分别为5、9的两支脂肪醇乙氧基化物表面活性剂组成乳化剂，用量占硅油用量的50％，硅油用量为微乳液的20％。

表2复合乳化剂配比对微乳液性能的影响

EM50:EM9

HLB值

外观

耐剪切

耐碱

耐电解质

耐热

2:8

12.5

○

无变化

无变化

无变化

混浊

4:6

12.00

○

无变化

无变化

无变化

无变化

5:5

11.75

○

无变化

无变化

无变化

无变化

7:3

11.25

□

无变化

无变化

无变化

混浊

8:2

11.00

△

分层

混浊

混浊

混浊

注：“0”为透明的微乳液；“口”为泛蓝光的微乳液；“△ ”为乳白色微乳液。

    由表2可知，当复合乳化剂的配比为4:6和5:5时，能够得到性能优异的透明微乳液。说明以该比例复配的复合乳化剂的HLB值接近氨基硅油的HLB值，同时考虑到成本，选用4:6的配比。

2.2.2  高浓微乳液的微乳化工艺

    在微乳液的形成过程中，助乳化剂是至关重要的成分之一，它可以降低界面张力，增加界面膜的流动性，有助于澄清透明微乳液的形成。对于高浓微乳液，如果只选用表面活性剂作为乳化剂，则形成的微乳液粘度太大，加入一定比例的助乳化剂则可以增加微乳液的流动性[5]。常用的助乳化剂有二元醇、两性氨基酸、单丁醚、单甲醚和甘油脂等。根据乳化效果对比，本实验选用气味较小的乙二醇单甲醚为助乳化剂。实验中发现，单甲醚用量过少，则形成的微乳液流动性差，用量过多则造成不必要的浪费，因此必须对其用量进行优化。

表3  助乳化剂用量对微乳液性能的影响

乙二醇单甲醚*

EM50:EM9=4.6*

乙二醇单甲醚*

外观

流动性

0.800

25.900

3

透明

差

1.335

25.365

5

透明

差

2.670

24.030

10

透明

差

5.340

21.360

20

透明

好

    注：*表中各物质用量均为相对于硅油微乳液的质量，硅油用量(8600:8803:1800=5:3:2)为微乳液质量的53.3％，乳化剂总用量为微乳液质量的26.7％。

    由表3可知，在复合乳化剂体系中加入20％含量(相对于总乳化剂的质量)的乙二醇单甲醚，可以明显改善硅油微乳液的流动性。

3  结论

    将三只性能各异的硅油柔软剂进行复配，最佳配比为8600:8803:1800=5:3:2。可得到一支亲水达5秒(涤棉)，亲水达2秒(纯棉)，手感较好的亲水柔软剂，并且可与树脂整理剂同浴整理。

选用E0数分别为5和9的两只脂肪醇乙氧基化物作为主乳化剂，乙二醇单甲醚作为助乳化剂，以蒸馏水为连续相，并加入少量的醋酸，在磁力高速搅拌下，能将不同粘度的三支硅油同时乳化得透明的高浓复配硅油微乳液。实验得出复配硅油的最佳乳化丁艺为：EM50:EM9:乙二醇单丁醚=3.2:4.8:2，乳化剂总用量为微乳液质量的26.7％．硅油用量为微乳液质量的53．3％，乳液的pH为4～6，含固量为78．64％，具有良好的耐碱、耐电解质、耐热稳定性。

4  参考文献

[1]陈荣圻,氨基硅油存在问题及解决办法[J]印染助剂，2002,19(2);2—5

[2]胡啸林,下春梅,黄晓玲,亲水柔软整理刺的复配与应用研究[J]山东纺织科技，2005，(1);24-25

[3]杨原梅，黄飞等,一种复配有机硅羊毛织物棠软剂[J]染整技术,2009,31(1);29—33

[4]李小东,杨原梅等,有机硅微乳液的制备技术[J]印染助剂,2008,25(1);29-33

[5]詹晓力,俞鹏勇等,水包油型氨基硅油微乳液形成的研究  [J]纺织学报,25(4);42—44