聚醚氨基嵌段聚硅氧烷的合成、应用及膜形貌研究

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线性聚醚氨基嵌段聚硅氧烷(BPEAS)是一种结构新颖的有机硅后整理剂,兼具氨基硅油理想的柔软性和聚醚硅油优异的吸湿性能,在纤维织物的后处理方面,既保持了氨基硅所特有的柔软、丝滑感,又能提供织物理想的吸湿抗静电性能,且易于乳化,因而在生态织物后整理方面展现出广阔的应用前景。另据报道,聚硅氧烷整理剂对纤维织物的功能性整饰作用大多缘于其良好的成膜性,而它赋予织物迥异的风格和手感也无不与其特有的膜形貌有关,因此在分子水平上研究可变形纤维表面聚硅氧烷的成膜规律、膜形貌和膜性质,不仅有助于揭示聚硅氧烷整理剂的作用机理,而且对其分子设计有指导意义。   基于此,本文利用分子设计原理与硅氢化加成、氨解开环等反应,合成了一系列结构新颖的聚醚氨基嵌段聚硅氧烷(BPEAS),在红外光谱(IR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)等对BPEAS结构进行分析表征的基础上,还用原子力显微镜(AFM)、光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、场发射扫描电镜(FESEM)、柔软度测定仪等仪器对BPEAS在纤维模拟基质(如单晶硅)表面的成膜性及其在棉织物上的应用性能等进行了研究。论文具体工作如下:   (1)通过Si-H键封端的聚二甲基硅氧烷(PHMS)与烯丙基环氧基聚醚的硅氢化加成反应先合成环氧基封端的聚氧丙烯聚氧乙烯氧丙基-b-聚二甲基硅氧烷中间体[简称环氧聚醚基嵌段(-b-)聚硅氧烷,PESO],再将其分别与二元胺如乙二胺、醚胺D230、N,N-二甲基-丙二胺、N-羟乙基-乙二胺或三元胺如二乙烯三胺等进行氨基开环反应,进而获得了一系列新型结构的聚醚氨基嵌段聚硅氧烷BPEAS。用红外光谱(IR)和核磁共振氢谱(H1-NMR)对系列BPEAS的结构进行了表征,并用有关仪器对系列不同结构BPEAS的物化性能如表面张力(γ)、黏度、平均分子量以及折射率等进行测定。结果发现,所合成的系列BPEAS具有预期的结构,其γ处于26.5~34.3mN区间,数均分子量(Mn)约为(2.2~3.2)×104,折射率nD20为1.4200~1.4214。   (2)以棉纤维和单晶硅作载膜基质,用扫描电镜SEM和场发射扫描电镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)和光电子能谱(XPS)等仪器分别对附着在纤维及其模拟基质——单晶硅表面BPEAS的成膜性以及微观膜形貌进行了观察和研究。结果发现,BPEAS均可在纤维及其模拟基质表面成膜。在BPEAS处理后的棉纤维表面,BPEAS所成的硅膜覆盖在纤维表面,能导致纤维表面局部的短小刺状物以及细小沟槽消失、促使纤维表面整体趋于均匀平滑。而AFM对BPEAS硅膜微观形貌及其精细结构观察结果表明,在单晶硅表面,聚醚氨基嵌段聚硅氧烷BPEAS可形成微观形态学非均一的硅膜,其膜形貌主要由聚二甲基硅氧烷形成的连续相与聚醚氨基基团形成的微小凸起所构成。受BPEAS微观成膜形态及其结构中聚醚链节的影响,BPEAS硅膜表面不仅亲水,且静态接触角也仅有59.6°。   (3)以氨值为0.5587mmol/g的聚醚氨基嵌段聚硅氧烷BPEAS为原料,将其用非离子表面活性剂如脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3/AEO-9乳化,制得了平均粒径为98.8nm、ζ电位为+73.03mV、固含量约为30%的透明状BPEAS硅微乳。物化性能研究结果可见,BPEAS系列硅微乳,其离心稳定性、稀释稳定性以及耐弱酸碱稳定性良好,能与阴、阳离子树脂和助剂进行配伍使用。   以斜纹纯棉布作为应用对象,用电脑测控柔软度仪等仪器对BPEAS处理的纤维织物的应用性能如弯曲刚度、白度、吸湿性等进行了研究。结果发现,经BPEAS处理后的棉纤维织物,其经、纬向弯曲刚度明显降低,折皱回复角增大,静态吸水时间仅有3.4s。这表明,经BPEAS处理后织物,其柔软性增加、弹性增强,且吸湿性良好。
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