硅酮弹性体在纺织产品上的开发应用研究

刘学 山东省纺织科学研究所

孙立德 杨爱民 青岛印染厂

李晓梅 青岛第四印染厂

染整涂层及其他整理学术论文、资料选辑/1990；192-199

提要：本文介绍了对于硅酮弹性体STU的一系列应用对比试验情况，认为STU的使用效采达到了国外八十年代同类产品的先进水平，使用STU，可以在较常规工艺低成本的条件下，赋予涤粘(65/35)中长织物及钝棉织物以良好的整理效果。

一、概况

八0年前后，国外在卫生、涂层、硅酮弹性体等后整理剂方面有了新的发展，由此开发出了一批具有高质量水平、高附加价值的纺织新产品。用进口新整理剂试制纺织新产品的方法，困难甚多;有的价格昂贵、条件苛刻，有的至今还不肯向我提供样品和出售商品。这些在经济效益和时间差方面构成的不利条件，削弱了我们对外出口的竟争能力。从长远的观点来看，对于国内市场，也将无法抵御进口纺织品的冲击。国际上纺织技术的发展以及消费品的升级换代，使我们面临着严峻的挑战。

1982年山东大学试制出了氨基改性硅酮弹性体乳液[STU-1、2]作为硅酮弹性体后整理剂，通过了小试鉴定。我们对其性能进行了测试。并做了应用工艺探讨，给予了肯定的评价[1]。

此后，山东大学又相继研制出了STU-05、STU-06氨基改性硅酮弹性体乳液。

STU系列硅酮弹性体除了普遍改善织物的手感，赋予柔软、滑爽、优良的弹性之外，对试验织物还有各种不同的优良效果。

1、用于纯棉织物，在与2D树脂同浴整理时，2D用量只需24克/升，便可达到防缩抗皱整理要求，强力保留率高，成本低，织物上可释放甲醛量小。

2、用于涤粘中长织物，也可以大幅度降低2D树脂的用量，织物的回能与缩水率能保持通常水平，而手感风格，成本和织物上可释放甲醛量，则可得到明显的改善、

3、用于纯棉针织品，可以获得良好的拉伸回复性。

从小试结果，和各厂的生产试验、以及产品开发的情况证实，硅酮弹性体STU，对各种织物都有很好的整理效果，达到国外八十年代同类产品的先进水平。

二、国内外硅酮弹性体的发展状况

在五十年代初，美国DOW CORNING公司首次成功地合成了用于纺织品后整理的有机硅，并取得了良好效果。自五十年代初至七十年代的二十多年中，尽管世界上有机硅织物整理剂品种繁多，但基本上是二甲基硅油(Ⅰ)和含氢硅油(Ⅱ)及其衍生物的混合物。统称为硅油型产品。它们是采用本体聚合法聚合，然后乳化而成乳状液。稳

定性较差，这是第一代的有机硅织物整理剂[2]。

1969年Weyenberg等人发表了硅氧烷乳液聚合法的研究报告，1972年Rooks R.J.发表了乳液聚合的硅氧烷乳液在织物整理上的应用报告，1976年美国DOW CORNING公司公布了用乳液聚合法研制成功的DC-1111乳液及其在织物柔软整理方面的应用报告。这种用乳液聚合法生产的阴离子型乳液(Ⅲ)，性能较稳定，适应性强，耐皂洗牢度由3～5次提高至15次之多，它向永久性整理前进了一大步。α、ω-二羟基聚二甲基硅氧烷(Ⅲ)(简称羟乳)可以称之为有机硅织物整理剂的第二代产品。79到80年间瑞士Ciba一Geigy公司研制成功、并生产的硅酮弹性体Ultratex FSA非离子型羟乳，是其

具有代表性的产品，分子量已达20万以上。这类产品，为取得较好的整理效果，一般需用配套的甲基氢聚硅氧烷(Ⅱ)或一甲基三甲氧基硅烷(Ⅳ)作交联剂，有机锡、有机锌等有机金属化合物作为催化剂:[3][4][5][6]。

1977在中国科学院北京化学所和北京化工二厂协作研制了阳离子氢乳(QR-Ol)并大量生产，这是我国第一个乳液聚合法生产的有机硅织物整理剂乳液。近几年国内各家生产的羟乳型号很多，有阳离子型的，阴离子型的。1985年上海已从瑞士Ciba-Geigy公司引进了Ultratex FSA的生产技术。

近几年来，国外还相继开发生产了一大批改性的有机硅弹性体，它是通过在大分子上引入了一些活性基团来实现的，如引入环氧基、氨基、环氧氨基等。引入环氧基的有日本日华公司的非离子型NlKKA EP-l000，阳离子型的EPC一812等，环氧氨基改性的有日华公司的EPN一852;氨基改性的有美国DOW CORNING公司的DC-108和SM-8709(原日本东丽公司的)，日本信越有机硅化学公司的Polon MF-llB,瑞士Ciba

-Geigy公司的Ultratex FSB、Ultratex ESC和Ultratex ESU。其中Ultratex FSB和Ultratex ESU无需交联剂、催化剂，可自行交联成膜[7][8]。

在国内，山东大学1982年研制成功的STU-l(阴离子型)、STU-2(阳离子型)(V)是氨基改性的硅酮弹性体。

其中；R= -OH、-OR，R’=氨烷基。

经过改性的硅酮弹性体都带有活性基团，反应性好，能改善耐久性，而且引入氨基，在酸性溶液中大分子呈阳离子性，对纤维素具有亲和性，提高整理效果。

另外，区别于以往的有机硅整理剂，STU氨基型硅酮弹性体乳液自身带有催化交联体系，它本身己包含了交联所必要的所有组分，是一种"单组分体系"，在室温下将水份挥发即可自行交联而成弹性膜，不需外加催化剂与交联剂[9][10]。

这类新型的硅酮弹性体可有效地改善针织及机织弹性织物的拉伸性、形态回复性，使织物具有特殊的回弹性能，非常柔软、光滑而丰富的手感，增强织物的抗皱性，使其具有较佳的免烫效果，还给予织物优良的缝纫性，耐洗、耐干洗性。另外，经处理后的织物通常在色泽上都较深及较为光亮。

通过实验证明，STU与国外八十年代同类产品的水平相当。它广泛地适用于各类织物及各种纤维材料，是一种高档的纺织品后整理剂。

三、试验

(一)小样试验与结果

1、主要织物整理剂

STU-l(阴离子型)含固量20%，PH=2～3。

STU-2(阳离子型)含固量20%，PH=8～10 (济南石油化工四厂)

STU-05(阴离子型)含固量20%，PH=2～3。

STU-06(阳离子型)含固量20%，PH=8～10 (山东大学校办工厂)

Ultratex FSB(非离子型 )含固量30% pH=5。

Ultratex ESU(阳离子型)含固量30%，pH=3.5。

Ultratex ESC(阳离子型)含固量30%，PH=10 (瑞士Ciba-Geigy公司)

NBMSi一l含固量20%，pH=6～6.5。

NBC-1含固量38%，pH=6.5 (部纺科院宁波化工所)。

2D树脂(DMDHEU)含固量40%，pH=8～10 (青岛印染厂)

2、试验用织物

(1)经过染色的涤粘中长华达呢。

(2)经退浆、煮练、漂白、丝光的30×40纯棉府绸。

(3)经前处理并增白的32^sTK针织纯棉668罗纹弹力布。

3、小样试验设备

NM一450型小轧车，DK一5E型针板拉幅，焙烘试验机。

4、小样试验结果

(1)涤粘中长华达呢，

①硅酮弹性体与2D树脂同浴使用。

工艺流程及条件；

浸轧工作液(室温、二浸二轧、2公斤/厘米²)→烘干(100℃)→焙烘(170℃、3分)。

试验配方；见表一

表一、 试验配方 单位克/升

整理剂	1	2	3	4	5	6	7
STU-1	40						空白
STU-05		40
FBB			27
ESU				27
ESC					27
Phobotone WS cone					2.7
Ultratex Cat.W					2.7
平平加O	2	2
2D（40%）	75	75	75	75	75	75
MgCl2·6H2O	8	8	8	8	8	8
HAC或Na2CO3调pH	5～6	5～6	5～6	5～6	5～6	5～6

表二、试验结果

项目\处方号			1	2	3	4	5	6	7
洗前	干回 能度	急	280	247	267	274	289	224	237
		缓	310	280	295	301	319	260	265
	湿回 能度	急	259	239	251	256	259	232	225
		缓	280	268	269	282	284	261	243
水洗十次后	干回 能度	急	243	234	230	247	249	237	223
		缓	273	272	259	275	276	271	252
	湿回 能度	急	222	226	240	230	237	236	218
		缓	241	243	264	252	261	259	241
手感			++++	+++	+++	++++	++++

注:表中硅酮弹性体用量不一，是由于含固量不同，按含固量计算用量均为8克/升。

从上述结果可以看出，STU-l与Ultratex ESC、Ultratex ESU可赋予织物以最佳的手感，且其整理效果相当，均具有300度以上的干回能，达到了较佳的仿毛效果。

②硅酮弹性体单独使用。

工艺流程及条件同上。

试验配方；见表三

表三、试验配方 单位；克/升

整理剂\处方号	1	2	3	4	5	6	7
STU-1	40						空白
STU-05		40
FSB			27
ESU				27
ESC					27
Phobotone WS cone					2.7
Ultratex Cat.W					2.7
HAC或Na2CO3调pH	5～6	5～6	5～6	5～6	5～6	5～6

表四、试验结果

项目\处方号			1	2	3	4	5	6
洗前	干回 能度	急	249	222	239	253	236	220
		缓	285	263	279	292	276	250
	湿回 能度	急	237	225	233	248	237	218
		缓	267	250	257	275	271	244
洗十次后	干回 能度	急	254	242	236	251	233	221
		缓	288	277	266	280	269	252
	湿回 能度	急	231	225	230	234	221	227
		缓	253	246	256	261	249	252
手感			++++	+++	+++	++++	++++

从试验结果看（见下表），STU-1的干回能指标，在洗前低于Ultratex，而水洗十次后的干回能高于Ultratex ESU，湿回能指标略低于Ultratex ESC。总起来说，单独使用时，STU-l接近Ultratex ESU的水平，高于Ultratex ESC、Ultratex FSB，可使织物的干回能提高35度。

(2)纯棉30^S×40^S府绸，硅酮弹性体与2D同浴使用，

工艺流程及条件；

浸轧工作液(室温、二浸二轧，2.5公斤/厘米²)→烘干(100℃)→烘焙(170℃，3分)。

试验配方；见表五

表五、试验配方 单位；克/升

整理剂\处方号	1	2	3	4	5	6	7	8
STU-1	40							空白
STU-05		40
STU-06			40
FSB				27
ESU					27
ESC						27
Phobotone WS cone						2.7
Ultratex Cat.W						2.7
平平加O	2
2D（40%）	60	60	60	60	60	60	60	60
MgCl2·6H2O	6	6	6	6	6	6	6	6
HAC或Na2CO3调pH	5～6	5～6	5～6	5～6	5～6	5～6	5～6	5～6

纯棉织物树脂整理，回能与强力是一对矛盾，2D树脂价廉，织物回能可以做到DMEU的水平，但强力保留率低于60%，因此无法使用。降低2D树脂用量，并与硅酮弹性体同浴整理，织物的回能和强力保留率，达到了正常要求。

表六、试验结果

项目\处方号			1	2	3	4	5	6	7	8
洗前	干回 能度	急	192	167	193	194	195	176	171	109
		缓	224	198	224	224	226	210	200	133
	湿回 能度	急	195	187	201	212	205	217	202	166
		缓	225	224	227	244	234	239	225	183
	强力	经	45.0	46.5	42.3	45.0	40.5	42.0	51.3	66.3
		纬	16.0	16.5	13.3	16.8	15.0	14.0	17.3	23.0
水洗十次后	干回 能度	急	177	152	177	164	146	166	161	106
		缓	205	179	207	192	178	198	189	127
	湿回 能度	急	237	218	218	216	208	224	222	188
		缓	262	245	250	235	236	255	249	213
手感			++++	++++	++++	++++	++++	++++

从实验结果看，二者同浴，2D树脂的用量在24克/升时，织物的弹性、强力、手感、白度、耐洗性以及织物上可释放甲醛量等都达到了满意的结果。

硅酮弹性体的这一特殊使用效果，到目前为止，尚为其他整理剂所不及。

与国外同类产品相比，STU-l，STU-06的各项指标均处在中上水平，它的综合效果相当于Ultratex ESU及Ultratex FSB。

(3)32^STK针织纯棉668罗纹弹力布

硅酮弹性体单独使用

工艺流程及条件；

浸轧工作液(室温、二浸二轧，2公斤/厘米²)→烘干(100℃)→焙烘(150℃、3分)。

试验配方；见表七

表七、试验配方 单位；克/升

整理剂\处方号	1	2	3	4	5	6	7	8
STU-1	50							空白
STU-2		50
STU-06			50
FSU				33
ESB					33
ESC						33
Phobotone WS cone						3.3
Ultratex Cat.W						3.3
NBMSi							30
NBC-1							25

表八、试验结果

项目\处方号	1	2	3	4	5	6	7	8
拉伸力保留率（%）	76	80.5	81	83.5	75	80	73.5	74
白度优劣次序	2	5	4	6	2	3	7	1
手感	++++	++++	++++	++++	+++	++++	+++

从试验结果可以看出，Ultratex ESU 虽然拉伸回弹性指标较好，但白度较差。从其他几个样品看，国外的硅酮弹性体在这方面的应用效果是相当的，均可赋予针织物或弹性机织物以出众的拉伸回复性。

这一点对于针织运动衫，特别是比赛服，尤为适用， 这样既可保证运动自如，还能做到膝盖、臀部等部位在剧烈活动时不会因弹性疲劳而出现松驰状态，影响比赛成绩，并且整理后的产品风格也是非常受欢迎的。 通过小样对比试验。STU的整理效果达到了国外同类产品的先进水平，以STU-l 为例，具体水平分指标顺位计分如下表，

表九、顺位计分

			STU-1	FSB	ESU	ESC
中长织物	弹性	单用	2	4	3	1
		与2D混用	2	3	1	4
	手感	单用	++++	+++	++++	++++
		与2D混用	++++	+++	++++	++++
棉布		弹性	2	2	1	3
		强力	2	1	3	4
针织		拉伸回复	3	4	1	2
		白度	1	2	4	3
顺位计分			12	16	13	17

三、大样试验与结果

1、涤粘65/35中长华达呢应用试验:

设备采用西德BABCOCK公司与HAAC配套的三单元树脂整理机。

工艺条件；

浸轧→短环烘燥→热风拉幅→落布→长环焙烘→落布→高效水洗→短环烘燥→热风→拉幅→落布→蒸呢→落布。

试验配方；见表十

表十、大样试验配方 单位：克/升

用量\编号 用料\	1	2	3	4	5 （原生产配方）
UltratexESU	20
UItratexFSB		20
STU-O5			30
STU-1				30
DH					20
2D(40%)	70	70	70	70	140
(NH4)2S04	12	12	12	12	NH4Cl 1克/升
MgCl2·6H2O					19.2
平平加O			2	2

注：硅酮弹性体用量均以含固量6克/升计。

测试结果如下:

表十一、大样试验结果

样品 编号	水洗前				水洗十次后				蓬松度
	干回能		湿回能		干回能		湿回能
	急	缓	急	缓	急	缓	急	缓
1	275	303	236	254	261	289	229	251	2.08
2	262	291	216	234	261	289	230	245	2.02
3	255	282	226	243	234	266	228	247	1.97
4	279	310	213	263	263	294	241	265	1.93
5	255	285	221	240	233	262	15	232	1.93

从表中数据看出，干湿回能STU-l优于ESU和FSB。水洗10次以后，弹性仍比ESU、FSB为好。

2、30^S/40^S纯棉印花府绸，110/2×110/2纯棉精纺府绸，100/2×100/2纯棉细纺应用试验:

工艺流程和条件；

浸轧工作液(室温，二浸二轧3公斤/厘米²)→烘干(热风预烘，拉幅烘干) →焙烘(168～170℃，3分)→轧光。

整理液配方；见表十二

表十二、试验配方 单位；克/升

	1	2	3	4	5
STU-l	40				空白
Ultratex FSB		27
Ultratex ESU			27
Ultratex ESO				27
Phobotone WS conc				2.7
Ultratex Cat.w				2.7
平平加O	2.5
2D (4O%)	60	60	60	60
MgCl2·6H2O	6	6	6	6
HAC调pH值	5～6	5～6	5～6	5～6

(1) 30^S/40^S纯棉印花府绸整理效果，

表十三、回能与耐洗

	水洗前				水洗十次后
	干回能		湿回能		干回能		湿回能
	急	缓	急	缓	急	缓	急	缓
坯布	117	141	187	209	106	128	188	210
1、Ultratex ESU	150	177	213	236	145	175	188	208
2、STU-l	179	205	221	247	166	197	204	223
3、Ultratex ESC	171	195	216	242	129	153	195	217
4、Ultratex FSB	160	184	209	230	140	172	182	203

表十四、强力与色牢度 （试验条件:温度19℃，相对温度61%。）

	强力（公斤）		断裂伸长（%）		磨擦（级）		皂洗（级）
	经	纬	经	纬	干	湿	原样褪色	白布沾色
0、坯布	66.3	24.6	7.3	12.5	4～5	3	3	4～5
1、Ultratex ESU	52.8	20.5	8.3	11.0	4	2～3	3～4	4～5
2、STU-l	40.0	18.9	7.5	10.9	4	2～3	3～4	4～5
3、Ultratex ESC	55.3	22.3	8.0	12.3	4	2～3	4	4～5
4、Ultratex FSB	48.7	22.3	7.2	11.8	4	3	3～4	4～5

与硅酮弹性体STU-l同浴整理，2D用量24克/升，30^S/40^S府绸的缓弹性可以达到205。，强力留率近70%，水洗十次后，回能下降4%，效果是很好的。它优于以往一切常规工艺，

从表中数据看出，STU-l优于Ultratex整理剂。

(2) 110"/2 x110'/，144x72纯棉精梳府绸整理效果，

表十五、府绸整理效果比较

	干回能 (度)		断强(公斤)		撕强(公斤)
	急	缓	经	纬	经	纬
0、坯布	122	150	68	26.6	1510	1137
1、STU-l	204	234	56	20	1137	733
2,UltratexFSB	201	226	54	19	1160	766
3,UltratexESU	195	223	58	22.5	1300	1050
4,UltratexESC	184	216	61	22	1233	833

精纺府绸比30S/40S有更好的整理水平，回能高达234，强力保留率75.1%，整理剂相比也是STU-l最好。

(3) 100^S/2×100^S/2纯棉高支纱细纺整理效果；

表十六、高支细纺整理效果

品编号 检测项目		1	2	3	4	5	6
		STU-1	FSB	ESU	ESC	(2D)	空白
干回能 （度）	急	192	181	188	200	185	113
	缓	223	2l0	217	221	204	126
断裂强力（公斤）	经	46	45	46.5	46.5	44	58
	纬	28	29	26	29	33	42
撕破强力 （克）	经	1330	1040	1350	1450	730	1330
	纬	1120	1436	950	1083	572	1150

在这组试验中，做了2D为24克/升的对比工艺，由此说明，轻树脂(2D)能使高文纱织物基本达到要求(204°)，强力保留率也可达75%以上。但是2D树脂如果与STU-l同浴，不但回能有较大提高，手感丰满、滑爽，织物和撕破强力和缝纫性方面也同样得到了很大的改善。

另外，在这组试验中STU-l的整理效果仍然好于Ultratex ESB和ESU，而与Ultratex ESC相当。

从总的试验情况看，大样试验结果是与小样试验结果相吻合的。

四、试验结论与讨论

1、涤/粘中长织物目前生产厂采用的整理剂配方。2D用量大多在60克/升(含固量100%计，下同)上下，最少也得45克/升左右。如果减少2D用量，织物回能难以达到280°，但是采用硅酮弹性体，在2D用量降低至30克/升的情况下，织物回能普遍可以达到300°以上，特别是急弹性可以达到280°上下，这一整理效果是十分难得的。

2、纯棉布防缩抗皱整理，由于添加了硅酮弹性体，使2D树脂的用量降低，从而使强力保留率在70%左右时，织物的回能指标能够达到220°以上，当然随之而来的还有织物上可释放甲醛量的降低，撕破强力和缝纫强力的提高，手感滑软等等不可低估的特点。硅酮弹性体为纯棉防缩抗皱整理开创了成本低、质量好的、新的加工工艺。

3、通过对比试验，STU一l的整理效果达到了国外同类产品的先进水平。

4、从加工成本上看，

纯棉布防缩抗皱整理为了确保强力和氯损指标，以前大多采用HMM或DMEU。l00公斤工作液，树脂用量以70克/升计算，仅树脂一项，成本高达77～140元，百米加工布合7～12.7元。用2D树脂与硅酮弹性体同浴整理工艺配方，与上述二种树脂相比，2D 24克/升加STU-1 20～40克/升(扣去正常的柔软剂用量)，百米加工布的整理剂成本为5元上下。采用进口的硅酮弹性体Ultratex FSA、FSB等，百米加工布的整理剂(包括2D树脂等)成本也高达11元，若是使用Ultratex ESC、Ultratex ESU则成本更高。

涤粘(65/35)中长华达呢的整理，STU与2D同浴使用，2D树脂用量减少，而整理效果优于常规工艺。并且，百米加工布整理剂成本比厂里采用DH柔钦剂的常规工艺降低了0.84元。

另外，我们已在十几个种类的纺织品上进行了应用试验，总的加工量已达二千万米，取得了良好的效果。

5、通过对比试验，STU-l的整理效果达到了国外同类产品的先进水平。

6、在STU系列产品中，阴离子硅酮弹性体STU-l(乳液呈酸性)效果最好,阳离子硅酮弹性体STU-2与STU-06(乳液呈碱性)，整理效果接近。阴离子型的STU-O5(乳液呈酸性)整理效果略低于上述几只产品。

7、值得注意的是；STU-l、STU-05与MgCl₂等金属盐类释酸催化剂的相容性不好，采取添加平平加0，并在临用前将MgCl₂水溶液加入工作液等措施，可以防止破乳。

参考文献

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