有机硅柔软剂在锦氨织物上的迁移与分布探讨_吴静怡.pdf

2023 年第 2 期印染技术近10年，随着消费者对衣着时尚化、休闲化以及舒适性的追求，有机硅柔软剂几乎成为了各类纺织产品加工不可或缺的纺织化学品13。有机硅类柔软剂的技术发展及其相关产品的质量水平与风格特色直接影响着整个产业，尤其是与此相关上下游企业的生存与发展。因此，有机硅柔软剂始终是有机硅柔软剂在锦氨织物上的迁移与分布探讨基金项目：生物质纤维与生态染整湖北省重点实验室开放课题（STRZ201905）；基于聚硅氧烷及长链烷烃双缔合的反应型聚氨酯高吸水树脂的设计与制备（2022AA13）。获奖情况：“第34届（2021年）全国针织染整学术研讨会”优秀论文。作者简介：吴静怡（1999），女，硕士研究生。主要从事水性高分子开发。通讯作者：邹春梅（1984），女，化工工程师。Email：176494426qqcom。吴静怡1，2，黄朝坤1，2，谭小琴1，2，邹春梅3，4摘要：为探究不同有机硅柔软剂分子在锦氨织物上的存在状态，对柔软整理后锦氨织物表面C、N、O、Si元素相对占比的变化进行研究，探讨了氨基硅油、聚醚嵌段硅油以及聚氨酯改性有机硅在锦氨纤维表面及纤维间隙中的分布状态，并给出柔软整理后锦氨织物的风格变化预期。结果表明：氨基硅油在锦氨纤维上的吸附及分布明显不够均匀，嵌段硅油的吸附量较大且均匀性更差；柔软剂分子间的纠缠结构有助于其吸附得更加充分和均匀；柔软剂于纤维间隙中的聚集性堆积是其重要的存在形式，分布均匀性较差，但能够形成分子间纠缠结构的柔软剂在纤维间隙中的分布均匀。关键词：有机硅柔软剂；锦氨织物；迁移；分布；风格效果中图分类号：TS 195.2文献标志码：A文章编号：1000-4033（2023）02-0030-06Study of the Migration and Distribution of Polysiloxane Softnerson the Surface of Nylon and Spandex TextileWu Jingyi1，2，Huang Chaokun1，2，Tan Xiaoqin1，2，Zou Chunmei3，4（1Faculty of Chemistry Chemical Engineering，Wuhan Textile University，Wuhan，Hubei 430200，China；2Hubei Key Laboratory of Biomass Fiber and Ecodyeing Finishing，Wuhan，Hubei 430200，China；3Hubei Daya Biotechnology Co，Ltd，Jingzhou，Hubei 434200，China；4Hubei Province Polymer Textile Chemical Enterprise School Joint Innovation Center，Jingzhou，Hubei 434200，China）Abstract：The change of relative proportion of element C，N，O and Si on the surface of nylon and spandextextile treated by different polysiloxane softeners were studied in order to explore the distribution of different softenerThe distribution status of common amino silicone oil，block silicone oil and polyurethane modified silicone in thespandex fiber surface and fiber gap are discussed，and the style change expectation of spandex fabric after softfinishing is discussed The results show that the adsorption and distribution of amino polysiloxane on the fiber is notuniform，and the uniformity of segmented polysiloxane is worse in spite of its adsorption capacity is higher Theintermolecular entanglement insures the adsorbed fully and evenly by fibers The aggregation and accumulation ofsofteners in the fiber gaps is important for softeners and the distribution uniformity of softeners is worse，but thedistribution uniformity will be excellent can form intermolecular entanglement structureKey words：Polysiloxane Softener；Nylon and Spandex Textile；Migration；Distribution；Style Effects（1武汉纺织大学 化学与化工学院，湖北 武汉430200；2生物质纤维与生态染整湖北省重点实验室，湖北 武汉430200；3湖北达雅生物科技股份有限公司，湖北 荆州434200；4湖北省高分子纺织化学品企校联合创新中心，湖北 荆州434200）302023 年第 2 期印染技术表2氨基硅油柔软剂在纤维表面的分布样品编号CNOSiS1AJ（3497）/4938（091）/2379（2331）/2549（4080）/135注：单元格中前排数据为根据分子结构计算所得的理论值。相关研究开发人员关注的重点产品。在有机硅柔软剂的研发和应用过程中，单体原料组合、结构优化设计、制备技术路线以及产品复合配方研究始终是研发人员关注的热点，相关工作有效推动了有机硅柔软剂产品的升级换代，并取得了长足的进步47。然而，很少有人注意到柔软整理后织物的风格效果不仅取决于有机硅的分子结构及其配方组成，还与其在纺织品表面的分布状态密切相关。根据高分子及界面化学相关理论，不同结构的有机硅高分子在不同材质表面的吸附与分布一定会表现出显著的差异性，进而表现出明显不同的风格效果810。然而，相关研究工作和成果报道却非常少见。本文通过对柔软整理后锦氨织物表面C、N、O、Si元素相对占比的变化进行研究，探讨氨基硅油、聚醚嵌段硅油以及聚氨酯改性有机硅在锦氨纤维表面及纤维间隙中分布状态，并给出不同分布状态可能产生的风格效果变化方向，为生产实践和产品开发提供思路。1材料与方法11材料和仪器织物：4.44 tex/12 f（40 D/12 f）锦纶哑光长丝（90）4.44 tex（40D）氨纶（10）织物。药品：氨基硅油柔软剂、聚醚改性嵌段硅油柔软剂（市售），多臂结构聚氨酯改性有机硅（自制）。仪器：Nicolet iS5傅立叶变换红外光谱仪（美国Thermo FisherScientific公司），JSM IT500A扫描电子显微镜（日本电子株式会社），DHG9070A电热恒温鼓风干燥箱（上海索谱仪器有限公司）。12试验方法121试样制备锦氨织物以丙酮润洗3次后晾干、备用；将适当稀释后的柔软剂试样乳液滴在锦氨织物表面，室温晾干后于150 下焙烘5 min，之后在温度25、湿度65的条件下静置48 h。122红外表征将柔软剂高分子样品乳液滴加到溴化钾上后烘干并压成薄片，使用Nicolet iS5傅立叶变换红外光谱仪对样品的溴化钾薄片进行测试，测试范围4004 000 cm1、测试温度25。123元素分析纤维表面形貌及面扫描元素能谱（EDS）由JSM IT500A扫描电子显微镜以10 kV的加速电压测得。2结果与讨论21锦氨纤维的表面元素构成表面元素构成如表1和图1所示。22有机硅柔软剂在锦氨纤维表面的分布221氨基硅油柔软剂如表2和图2所示。由表2可以看出，根据氨基硅油分子结构计算得出的元素占比分 别 为C：3497、N：091、O：2331和Si：4080；然而，氨基硅油在锦氨纤维上的实际分布却表现出C、N元素占比大幅提高，而Si元素大幅降低且O元素占比变化不大的现象。这很难简单地理解为在降温过程中氨基硅油高分子中相对疏水硅烷结构向相对亲油的锦氨纤维表面（向下）迁移，而其相对亲水含氨基侧链向空气层（向上）迁移的结果。因为锦氨的疏水性并不强，甚至具有弱亲水性；同时，若是这样，与Si原子相连的O原子及C原子Si（CH3）2O占比也应大幅降低才对，然而事实却正好相反。推测，这可能是因为氨基硅油在纤维表面的分布不均匀，甚至出现露底（即纤维部分区域并未吸附表1锦氨纤维表面的元素构成样品编号CNOSiS0F4917323018530图1锦氨纤维表面的能谱图5 00010 00002015105能量/KeV强度C-KN-KO-KC-KN-KO-K1.0 mCNO1.0 m1.0 m%312023 年第 2 期印染技术图3嵌段硅油柔软剂在纤维表面的能谱图表3嵌段硅油柔软剂在纤维表面的分布样品编号CNOSiS2QD（3529）/6025（242）/1519（2353）/1942（3875）/514注：单元格中前排数据为根据分子结构计算所得的理论值。图2氨基硅油柔软剂在纤维表面的能谱图有氨基硅油柔软剂高分子）的缘故，导致锦氨纤维本身含量较高的C、N元素提高了测试结果中C、N元素的占比，并使得Si元素占比大幅度降低。事实上，从元素分布相图可以清晰地看出：氨基硅油的分布确实不够均匀。尽管锦氨纤维的弱亲水性使氨基硅油高分子中相对疏水的结构（SiO）在纤维表面的吸附相对更加均匀，但N及C元素在纤维上的分布均匀性却明显较差，这可能是受纤维基底元素不均匀的影响所致。因此，可以得出结论：氨基硅油在锦氨纤维上的吸附及分布在纵向和横向上可能都不够均匀，具体表现为其疏水结构在纤维上的分布更加均匀且相对向下。这可能导致整理后锦氨织物的柔软度和平滑度不足，但对整理织物的柔韧风格会有一定益处。222嵌段硅油柔软剂如表3和图3所示。由表3可知，根据嵌段硅油分子结构计算得出的元素占比分别为C：3529、N：242、O：2353和Si：3875。与氨基硅油相比，嵌段硅油在锦氨纤维上的实际分布同样表现出C、N元素占比大幅提高，而Si元素大幅降低且O元素占比变化不大的现象。然而，对于嵌段硅油而言：由于其分子主链上同时具有亲水的聚醚和疏水的聚硅氧烷链节，对于亲疏水性适中的锦氨纤维来说，具有较好吸附能力，其被纤维表面吸附的数量也较氨基硅油多些，因此表现出Si元素占比也较高。同时可以看出：经嵌段硅油处理后，纤维表面C元素占比的增加和O元素占比的下降比氨基硅油处理后的纤维要明显得多，预示纤维表面各元素占比受锦氨纤维的元素组成影响较氨基硅油处理后的锦氨纤维更大，即其露底相对更为明显，如图3所示，这可能是由于在高温烘干过程中亲水性更强的嵌段硅油更易随蒸发而迁移并使聚醚与聚硅氧烷链节间的微相分离得到强化的原因11。与氨基硅油正好相反，相较于疏水性SiO，嵌段硅油的亲水结构（NH、CO）在锦氨纤维上的分布更加均匀，这显然是由于嵌段硅油的亲水性更强，其对弱亲水性锦氨具有较氨基硅油更好的亲和性。因此，可以得出结论：与氨基硅油不同的是，嵌段硅油在锦氨纤维上的吸附量更大，但其分布的不均匀性却更加明显，尤其是具有柔软效果的聚硅氧烷链节；然而，其亲水结构（NH、CO）在锦氨纤维上分布显然更加均匀。这可能导致嵌段硅油整理后的锦氨织物风格效果一般、变化不明显，且柔软整理效果可靠性较