分子中含环烃基的氨基硅柔软剂及其与纤维织物的作用机理

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1.在碱性催化剂作用下,利用八甲基环四硅氧烷(D4)与不同硅烷如N-环己基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(KH-702)或二苯基二甲氧基硅烷(KH-303)等的聚合反应,合成了一系列分子中携带有环烃基的聚硅氧烷——N-环己基-γ-氨丙基聚二甲基硅氧烷(ASO-702)和氨乙基氨丙基聚二甲基/聚二苯基硅氧烷(Ph-ASO)。在合成过程中,通过变换聚合方式以及优化合成工艺条件,获得了结构差异化的无规聚合或嵌段聚合的共聚物。然后,用红外光谱、核磁共振氢谱、凝胶渗透色谱等仪器对ASO-702和Ph-ASO的结构及相对分子量等进行了测定。 2.通过表面活性剂及其配方的筛选,选择OP-7和EO-4作为复合乳化剂对ASO-702和Ph-ASO进行了乳化。通过乳化剂的用量及乳化工艺控制,制得了粒径为27~50nm的纳米级ASO-702和Ph-ASO硅微乳。 3.以棉纤维织物为主要应用对象,对文中合成的不同氨烃基聚硅氧烷的应用性能进行了研究。其中,布样的整理工艺为一浸一轧法。在棉纤维织物上的应用表明:新研制的氨基硅均能明显降低织物的弯曲刚度、增加织物折皱回复角、(提高断裂与撕裂强度)并赋予织物比较舒适手感。其次,还考察了影响ASO-702和Ph-ASO应用效果的诸因素,结果发现: (1)对ASO-702,氨值和相对分子质量对其应用性能有影响。随氨值和平均相对分子质量的增大,ASO-702整理织物的弯曲刚度降低、柔软性能增加,但织物的白度值变化不大。当ASO-702的氨值为0.6mmol/g、相对分子质量为30241时,其整理织物的径向弯曲刚度可从整理前591mN降低为337mN,纬向弯曲刚度从整理前376mN降为204mN,表现出了良好的柔软整理效果。 (2)对Ph-ASO,苯基含量、氨值以及目标聚硅氧烷的相对分子质量同样对其应用性能可产生影响,且影响规律基本同ASO-702。但苯基含量变化对Ph-ASO应用性能影响不尽相同;但应用对象纤维织物发生改变时,Ph-ASO的整理效果会随之变化。 (3)用场发射扫描电镜FE-SEM和扫描电镜SEM对经ASO-702或Ph-ASO整理后的棉纤维观察表明,未整理空白棉纤维表面粗糙不平,而经ASO-702和Ph-ASO整理的棉纤维表面则平整、光滑,明显有一层树脂膜存在。 4.不同基质表面聚硅氧烷的成膜性及其与纤维的作用机理。在这一部分,我们主要做了下列工作: (1)单晶硅基质上ASO-702和Ph-ASO硅膜的观察。用XPS、AFM、接触角测定仪等仪器对ASO-702和Ph-ASO硅膜分别进行了研究。发现两种硅膜均疏水、表面粗糙,均方根粗糙度分别达到了0.247nm和0.228nm,比相对平滑的AS-1膜的粗糙度分别增加了2.94和2.71倍。可以推知,ASO-702采取质子化的仲氨基朝向单晶硅表面、环己基朝向空气界面的排列方式;Ph-ASO采取硅甲基和硅苯基朝外、硅氧偶极键以及阳离子氨基指向单晶硅表面的排列方式。 (2)再生纤维素基质上ASO-702与纤维素的作用机理。以NMMO·H2O为溶剂对棉纤维进行了溶解,以偶联剂KH-560作为固定剂水解后利用分子间氢键的作用将再生纤维素膜固定在玻璃片表面,在再生纤维素膜表面制得了ASO-702硅膜。用XPS、AFM、接触角测定仪等仪器对硅膜表面的元素组成、亲疏水性能以及膜形貌进行了研究,发现该膜疏水、表面粗糙(主要由再生纤维素膜基质造成),结合单晶硅基质上ASO-702硅膜的性质可推知,在再生纤维素膜基质上ASO-702依然采取了质子化的仲氨基朝向单晶硅表面、硅甲基与环己基朝向空气界面的这一排列方式。
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