新型表面活性劑在氨基硅油乳化中的應(yīng)用

曹 政，王小花，蔡繼權(quán)，陳八斤

（1.浙江傳化股份有限公司，浙江杭州 311215；2.陶氏化學(xué)（中國(guó)）有限公司，上海 201312）

聚硅氧烷是一類(lèi)重要的化學(xué)品，廣泛用于紡織、皮革、聚氨酯、個(gè)人護(hù)理和涂料等各個(gè)行業(yè)。在紡織工業(yè)中，聚硅氧烷主要用于紡織品的后整理，賦予織物柔軟、光滑、蓬松等手感，提高其附加值。氨基改性聚硅氧烷（俗稱(chēng)氨基硅油）是目前應(yīng)用非常廣泛的硅油柔軟劑，其中的氨基一方面能與纖維表面上的羧基、羥基等作用形成氫鍵；另一方面氨基能被陽(yáng)離子化，形成陽(yáng)離子，易與帶負(fù)電的纖維表面結(jié)合。通過(guò)這二方面的作用，氨基硅油可以與纖維形成非常牢固的結(jié)合，從而使其整理的效果大大提高。

非離子乳化劑是最常用的氨基硅油乳化劑。近年來(lái)，隨著環(huán)保法規(guī)的加強(qiáng)和人們對(duì)表面活性劑認(rèn)識(shí)的提高，用于乳化氨基硅油的非離子表面活性劑通常應(yīng)該滿足以下幾個(gè)方面的要求：

（1）不含烷基酚聚醚

有關(guān)烷基酚聚醚的毒性和生物降解性等環(huán)保問(wèn)題已經(jīng)爭(zhēng)論了很久。 目前的情況是歐盟已經(jīng)禁止這類(lèi)表面活性劑的使用，而美國(guó)則沒(méi)有這方面的限制。對(duì)于以出口為導(dǎo)向的中國(guó)紡織品來(lái)說(shuō)，很多下游廠家要求所用的表面活性劑不含烷基酚聚氧乙烯醚。

（2）乳化能力

乳化硅油時(shí)，表面活性劑需要具備有效的乳化能力，這里所謂的乳化能力包括二層含義。其一是乳化一定量的氨基硅油所需的表面活性劑的質(zhì)量，也可以用乳化劑的質(zhì)量與氨基硅油的質(zhì)量的百分比來(lái)表示。相同條件下，所需表面活性劑的量越少，說(shuō)明該表面活性劑對(duì)氨基硅油的乳化能力越強(qiáng)。其二是乳化后氨基硅油的穩(wěn)定性，硅油乳液要求發(fā)藍(lán)光，耐鹽耐堿耐硬水，貯存時(shí)間長(zhǎng)。

（3）泡沫性能

泡沫太多，在后續(xù)的整理工序中，會(huì)造成二個(gè)方面的問(wèn)題。一是泡沫在布面或織物上，易造成整理不均的現(xiàn)象，手感不勻，也會(huì)影響之后加工的質(zhì)量。 二是泡沫聚集，易造成硅油乳液的破乳，發(fā)生黏輥現(xiàn)象。所以，雖然不像某些程序如溢流染色或精練，對(duì)泡沫的要求非常嚴(yán)格，但硅油整理也要求硅乳的泡沫應(yīng)盡量低，所以就要求所用的乳化劑起泡較低，消泡較快。

（4）潤(rùn)濕性能

織物或纖維的硅油柔軟整理是濕加工工藝，要求織物在整理液中能被快速潤(rùn)濕和滲透，這就要求表面活性劑具有優(yōu)良的潤(rùn)濕滲透性能。

（5）對(duì)織物手感、黃變和摩擦牢度等方面的影響

織物的手感是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，相同的硅油，用不同的乳化劑乳化，織物的手感也會(huì)不同，要求所用乳化劑能使織物呈現(xiàn)更好的手感。另一方面，印染加工對(duì)織物的黃變、摩擦牢度等指標(biāo)關(guān)注較多，有機(jī)硅乳液中的乳化劑在整理織物時(shí)對(duì)結(jié)合在纖維內(nèi)部的染料有一定的萃取作用，會(huì)導(dǎo)致織物表面染料濃度增加，引起顏色偏深和摩擦牢度下降，通常要求所用乳化劑對(duì)織物的黃變、摩擦牢度等方面影響要小。

除此之外，通常來(lái)說(shuō)，對(duì)表面活性劑的要求還包括：沒(méi)有刺激性氣味，易處理等。當(dāng)然，最后的也是非常重要的一點(diǎn)要求就是價(jià)格合適，性價(jià)比高。

ECOSURFTMEH 系列是一類(lèi)特殊的烷基醇醚非離子表面活性劑，具有優(yōu)越的環(huán)保性能，符合美國(guó)環(huán)保署（EPA）的表面活性劑環(huán)保設(shè)計(jì)（DfE）篩選標(biāo)準(zhǔn)，易于生物降解（OECD 301F 測(cè)試），且水生毒性極低（EC50＞10 mg/L）。 除此之外，該系列表面活性劑還具有熔點(diǎn)低、快速溶解、凝膠范圍窄和氣味極低等特點(diǎn)。 本文評(píng)價(jià)了該系列表面活性劑在氨基硅油乳化中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

ECOSURFTMEH-3，ECOSURFTMEH-6，ECOSURFTMEH-9：陶氏化學(xué)(中國(guó))有限公司；氨基硅油（氨值0.4，親水親油平衡值10.4）：浙江傳化股份有限公司；其他化學(xué)試劑：試劑級(jí)，中藥集團(tuán)。 電子恒速攪拌機(jī)；數(shù)顯恒溫水浴鍋；離心機(jī)；電子天平；VPM-1A 型軋車(chē)；PT-2A 銷(xiāo)板拉幅機(jī)；Datacolor 測(cè)色儀SF300：美國(guó)Datacolor 公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

泡沫測(cè)定：用Ross-mile 方法測(cè)定，具體參見(jiàn)國(guó)標(biāo)GB/T 7462—1994[1]。 在本實(shí)驗(yàn)中，表面活性劑的濃度是0.1%，使用非離子水而不是硬水配置表面活性劑水溶液。

潤(rùn)濕能力測(cè)定：用帆布沉降法，測(cè)定不同表面活性劑水溶液對(duì)標(biāo)準(zhǔn)帆布圈的潤(rùn)濕時(shí)間。 詳細(xì)內(nèi)容可以參考HG/T 2575—1994[2]。

硅油乳化：用反相法。將表面活性劑和氨基硅油混合，攪拌均勻，加入少許35%醋酸溶液并攪拌至均一狀態(tài)。慢慢滴加水，并確保每次滴加前硅油乳液已充分混合均勻。在轉(zhuǎn)相前后，尤其要注意控制水的滴加速度。整個(gè)過(guò)程持續(xù)約2 h。加水完畢后，加入少許助溶劑，得到有效含量為16.3%的硅油乳液。

氨基硅油乳液的耐鹽穩(wěn)定性測(cè)定：配置15 g/L元明粉、15 g/L 純堿、0.1 g/L 活性橙的鹽溶液 （模擬染廠受污染工作液），然后將有機(jī)硅乳液用鹽溶液配置成50 g/L 的工作液，在50 ℃水浴振蕩鍋中測(cè)試，每隔0.5 h 觀察1 次，無(wú)漂油現(xiàn)象為穩(wěn)定性好，如果測(cè)試3 h 以上保持穩(wěn)定，認(rèn)定耐鹽性合格。該方法模擬印染加工工藝中，上柔軟整理前道工藝加工后沒(méi)有水洗干凈，帶入高濃度鹽對(duì)乳液穩(wěn)定性的破壞性模擬實(shí)驗(yàn)。

織物整理手感評(píng)價(jià)：柔軟劑用量為20～100 g/L；浸軋加工流程，常溫浸軋（軋液率： 80%）→烘干或定型（160 ℃×60 s）；整理布樣冷卻后經(jīng)多位有經(jīng)驗(yàn)的手感評(píng)價(jià)專(zhuān)家從滑度、 彈性和柔軟度等方面綜合評(píng)價(jià),將原布手感定為1 分，手感評(píng)定最好為5 分，最后取平均值來(lái)確定評(píng)價(jià)結(jié)果[3]。

黃變、色變?cè)u(píng)價(jià)：用浸軋法在增白布或容易變色的織物上進(jìn)行柔軟處理，用Datacolor 測(cè)色儀測(cè)試其與未處理樣的白度和△L*、△a*、△b*、△E及GS 值。 其中：△L*為明度差；△a*為紅綠色光差，正值表示偏紅光；△b* 為黃藍(lán)色光差，正值表示偏黃光；△E 為總色差；GS 為變色等級(jí)。

摩擦牢度測(cè)試： 具體參見(jiàn)國(guó)標(biāo)GB/T3920—1997[4]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 泡沫性能

根據(jù)Ross-mile 方法，ECOSURFTMEH-9 和其他對(duì)比表面活性劑的泡沫高度如圖1 示。 選擇的對(duì)比表活的類(lèi)型涵蓋了目前市場(chǎng)上大部分用于乳化氨基硅油的非離子表活類(lèi)型，除了壬基酚類(lèi)和普通線性脂肪醇聚氧乙烯醚類(lèi)，還有仲醇類(lèi)、異構(gòu)十三醇類(lèi)、Guebert 支鏈醇等類(lèi)型的聚氧乙烯醚。

可以看出，首先，ECOSURFTMEH-9 的起始泡沫高度不到50 mm, 遠(yuǎn)低于對(duì)比表活；其次，5 min后，該表活的中止泡沫高度也很低，說(shuō)明其泡沫破裂速度快。值得指出的是，ECOSURFTMEH 系列共有3 個(gè)牌號(hào)，除了ECOSURFTMEH-9，還有ECOSURFTMEH-6 和ECOSURFTMEH-3。 后兩者的起始和中止泡沫高度比ECOSURFTMEH-9 的還要低。 所以，ECOSURFTMEH 具有優(yōu)越的泡沫性能，即起泡低，泡沫破裂速度快。 從泡沫性能來(lái)說(shuō)，ECOSURFTMEH 適用于配置硅油乳液。

圖1 表面活性劑的泡沫高度

2.2 潤(rùn)濕性能

表1 列出了在硅油乳化中經(jīng)常用到的表面活性劑以及ECOSURFTMEH 的潤(rùn)濕時(shí)間。 可以看出，ECOSURFTMEH 的潤(rùn)濕性能與其他表面活性劑具有可比性或優(yōu)于其它表面活性劑。所以，從潤(rùn)濕性能方面來(lái)講，ECOSURFTMEH 可以作為硅油的乳化劑使用。

表1 各表面活性劑在不同濃度下的潤(rùn)濕時(shí)間

2.3 乳化性能

用EH-3 和EH-9 組成不同的配方，乳化氨基硅油，觀察乳液外觀并測(cè)定其耐鹽堿性能，結(jié)果見(jiàn)表2。 首先，固定乳化劑質(zhì)量都為硅油質(zhì)量的45%，調(diào)節(jié)EH-3 和EH-9 的組成，當(dāng)二者的質(zhì)量比為1.5～1.7 時(shí)，所得硅油乳液外觀透亮，發(fā)藍(lán)光，能達(dá)到耐鹽堿性的要求。 固定EH-3 和EH-9 的質(zhì)量比組成為1.5 和1.7，當(dāng)降低二者的總質(zhì)量為硅油質(zhì)量的42%時(shí)，所得硅油乳液在外觀和耐鹽堿性方面都能達(dá)到要求。 與公司目前配方中所用的表活相比，在保證乳液外觀和耐鹽堿性分別達(dá)到要求的前提下，ECOSURFTMEH 的用量相對(duì)較少，可以用到硅油質(zhì)量的42%，而對(duì)比表活的用量則為50%。

表2 ECOSURF TM EH對(duì)氨基硅油的乳化情況

2.4 應(yīng)用評(píng)價(jià)

選用不同乳化劑來(lái)乳化同一氨基硅油，制備成陽(yáng)離子氨基硅油乳液進(jìn)行了系統(tǒng)的應(yīng)用手感評(píng)價(jià)?？椢锏氖指校炊x是唯一而真實(shí)地由手來(lái)評(píng)價(jià)的一個(gè)純主觀的感官評(píng)價(jià)法[5]，手感性能決定了織物的品質(zhì)。用ECOSURFTMEH 乳化的硅油乳液整理織物后，評(píng)價(jià)其手感，在同等條件下，相對(duì)來(lái)說(shuō)，經(jīng)ECOSURFTMEH 乳化的硅油乳液整理后的織物呈現(xiàn)出更好的手感。 表3 中列出了各乳液在全棉機(jī)織布（棕色）上的手感特點(diǎn)。

表3 不同乳化劑制備成氨基硅油乳液應(yīng)用手感對(duì)比

表4 與表5 列出了不同乳化劑對(duì)織物黃變及干濕摩擦牢度的影響。 數(shù)據(jù)表明，經(jīng)ECOSURFTMEH 乳化的硅油乳液整理后的織物在黃變方面與對(duì)比樣差不多，對(duì)織物的摩擦牢度影響較小，使整理織物的品質(zhì)獲得了很大的提高。

3 結(jié)論

表4 不同乳化劑制成的氨基硅油乳液對(duì)織物黃變的影響

ECOSURFTMEH 表活不含烷基酚聚醚； 起泡低，泡沫破裂迅速； 潤(rùn)濕性能優(yōu)越；ECOSURFTMEH 對(duì)氨基硅油的乳化能力強(qiáng)，用較少的量即能得到透明、 穩(wěn)定的硅油乳液。 作為乳化劑 時(shí)，ECOSURFTMEH 可以提升織物的手感，對(duì)織物的干濕摩擦牢度沒(méi)有影響，對(duì)織物的黃變影響與對(duì)比表活相似。總的來(lái)說(shuō)，ECOSURF TM EH 符合目前市場(chǎng)對(duì)乳化氨基硅油的表面活性劑的要求，適合作為氨基硅油的乳化劑使用，值得在市場(chǎng)上推廣。

表5 不同乳化劑制成的氨基硅油乳液對(duì)織物摩擦牢度影響的對(duì)比

[1]GB/T 7462—1994《表面活性劑發(fā)泡力的測(cè)定》.

[2]HG/T 2575—1994《表面活性劑潤(rùn)濕力的測(cè)定（浸沒(méi)法）》.

[3]陳達(dá)斌，馮繼榮.織物整理用氨基硅微乳的制備[J].有機(jī)硅材料，2001，15（4）：27.

[4]GB/T 3920—1997《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取?

[5]棟梁.織物手感及其評(píng)價(jià)方法(五)[J]印染，1997，23（8）：29.