1、38印染技术2023年第7 期针织工业聚硅氧烷与聚氨酯分子间纠缠对织物风格影响袁辉1,2,刘诗楠2,3,许琳4,倪丽杰2,31.广东溢达纺织有限公司，广东佛山52 8 50 0；2.浙江省清洁染整技术重点实验室（绍兴文理学院），浙江绍兴312 0 0 0；3.武汉纺织大学（湖北达雅)研究生工作站，湖北荆州4340 0 0；4.河北省产品质量监督检验研究院，河北石家庄0 50 0 9 1摘要：由于氨基硅油与一般亲水性树脂的复配物在织物表面的干燥过程中存在严重的相分离，难以利用该复配物改善纺织品的亲水性与风格。采用多羟基聚醚、端羟烃基聚硅氧烷、异氟尔酮二异氰酸酯制备非线性有机硅水性聚氨酯，并用于氨
2、基硅油的复配改性。通过SEM、ED S、T G 以及DSC对复配物与其整理后的织物进行分析。结果表明,非线性有机硅聚氨酯可以有效与氨基硅油形成分子间纠缠,显著降低两者的微相分离。织物亲水性达到9 7.9 s，折皱回复角提升到6 2.0,表现出新颖的高弹柔软风格特点关键词：有机硅聚氨酯；氨基硅油；分子纠缠；风格整理中图分类号：TS195.2文献标志码：A文章编号：10 0 0-40 33(2 0 2 3)0 7-0 0 38-0 6Influence of the Molecular Entanglement Between Polysiloxane andPolyurethane on Fab
3、ric StyleYuan Huil-2,Liu Shinan?.3,Xu Lint,Ni Lijie2.31.Guangdong Esquel Textile Co.,Ltd.,Foshan,Guangdong 528500,China;2.Key La-boratory of Clean Dyeing and Finishing Technology of Zhejiang Province(Shaoxing University),Shaoxing,Zhejiang 312000,China;3.Wuhan Textile University(Hubei Daya)Graduate W
4、orkstation,Jingzhou,Hubei 434000,China;4.Hebei Provincial Institute of Product Quality Supervision and Inspection,Shijiazhuang,Hebei 050091,ChinaAbstract:Due to the serious phase separation between amino silicone oil and general hydrophilic resin complexin the drying process of fabric surface,it is
5、dificult to use the compound to improve the hydrophilicity and styleof textiles.In this paper,polyhydroxy polyether,terminal hydroxyalkyl polysiloxane and isoflurone disocyanate wereused to prepare nonlinear silicone waterborne polyurethane and used for modification of amino silicone oil.SEM,EDS,TG,
6、and DSC were used to analyze the mixture and its finished fabric.The results show that nonlinear siliconepolyurethane can effectively form intermolecular entanglement with amino silicone oil,which significantly reducesthe microphase separation.The hydrophilicity of the finished fabric reaches 97.9 s
7、,and the wrinkle recovery angleis increased to 62.0,showing a novel high-elastic and soft style.Key words:Silicone Polyurethane;Amino Silicone Oil;Molecular Entanglement;Stylistic Finishing有机硅柔软剂是一类绿色环保型的纺织整理剂，广泛应用于棉、羊毛、腈纶、涤纶等各种天然或合成纤维的后整理中，是纺织整理领域应用最广、效果最好的柔软剂之一。在传统有机硅柔软剂中,氨基硅油占首要地位，其应用面特别广，使用量也特别大
8、，主要应用于织物的柔软、滑爽和抗皱整理。然基金项目：国家市场监督管理总局科技计划项目（2 0 2 1MK019)；浙江省清洁染整技术研究重点实验室开放基金资助（QJRZ2210)；荆州市科技局科技计划项目（2 0 2 2 AA13）。专利名称：网状缔合型聚氨酯复合改性有机硅柔软剂乳液及其制备方法(ZL202110182821.1)。作者简介：袁辉（19 8 1一），男，高级工程师，硕士。主要从事新型纺纱、功能整理、成衣制作新技术、成衣整理方向的研究。39印染技术2023年第7 期针织工业而经氨基硅油整理过的织物存在因其光热稳定性差而导致的黄变和亲水性差带来的粘辊破乳等风险，同时还存在不耐高温、
9、不耐硬水等缺点。于是，通过在氨基聚硅氧烷分子结构上引人亲水性聚醚链段，以提升其亲水性的聚醚改性硅油应运而生。织物经聚醚改性硅油整理后，防污性和抗静电性能大大增强，但其对纤维的吸附能力较弱，柔软效果较差且不耐洗。随着人们的生活愈发追求返璞归真，有机硅柔软剂产品手感风格的发展方向也更多地体现在亲水和高弹。然而疏水和柔软却恰恰是聚硅氧烷高分子柔软剂的固有特性。鉴于聚氨酯高分子有别于聚硅氧烷的独特性能，将其与聚硅氧烷进行物理或化学复合，以获得全新的风格效果成为该领域的研究热点。例如Mazzon用聚碳酸酯二醇聚氨酯水溶液分散体对氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷进行改性，改性物处理后棉织物的静态接触角显著提升到
10、143,液滴脱落角小于50 l。M e n g 设计并合成了端羟基聚二甲基硅氧烷与叔胺改性聚氨酯/丙烯酸酯(SiPUA)低聚物的共聚物，发现由于聚硅氧烷的迁移，与聚硅氧烷段相连的叔氨基也相应地在薄膜表面富集。利用聚硅氧烷和叔胺富集的表面以及在固化膜中保留的骨架体，获得了一种柔软、柔韧、耐水性强、光引发效率高的光固化膜 2 。Xu通过水性聚氨酯(WPU)与线性聚醚改性氨基硅油(LEPS)反应得到一种改性物,发现随着LEPS含量的增加，改性后的WPU乳液粒径增大，膜的柔韧性增强，膜的耐热性和耐水性增强、结晶度降低。对于LEPS改性WPU乳液，聚硅氧烷链段在改性WPU薄膜表面显著富集而LEPS改性W
11、PU乳液对WPU与基材之间的附着力没有不利影响 3。类似研究工作还有很多 4-8 另一方面，不同材料间的物理共混也是高分子材料获得优异综合性能的方法，且该方法简便而有效。例如，Wu研究了用自制高支化结构的聚硅氧烷与硅氧烷改性聚氨酯进行复合，发现聚硅氧烷良好的分散性有利于其与硅氧烷改性聚氨酯的兼容性。XPS揭示,复合材料中形成了网状结构，此外硅氧烷网络还提高了材料的力学性能和热性能 9 。Huetal相关研究显示：作为相容剂，甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)/热塑性聚氨酯(TPU)共混物与传统的聚二甲基硅氧烷-聚丁二烯-聚氨酯(PU-PB-PDMS)三嵌段共聚物相比，前者即使在180.0退火后也非常稳
12、定，通过溶液混合，在增溶剂添加量仅为1%的条件下，分散相平均尺寸急剧减小约3.5倍。共混改性可获得具有协同性能的新材料 9 ,但对于有机硅与聚氨酯的共混体系，由于两者分子极性差异较大，常规的物理复合法无法达到两者在分子水平的相容，分子间无法形成足够的缠结，亲水部分与亲油部分易发生反向迁移，导致在织物柔软整理过程中发生微相分离，最终难以达到预期的改性效果为尽可能降低聚硅氧烷与聚氨酯复合物的微相分离程度，增强两者共混的协同作用。将化学改性与物理共混改性相结合，设计并制备出具有共性结构的支化型有机硅改性聚氨酯,并将其与氨基硅油进行复配，期望可以得到具有分子纠缠结构的复合有机硅柔软剂，得到新颖的纺织品
13、整理风格。通过红外、GPC和NMR对支化型有机硅改性聚氨酯化学结构进行表征，采用EDS、D SC和TG探究复配产物的共混效果。本研究对减弱极性差异较大的高分子复合材料间的微相分离具有一定的指导意义,并且能丰富有机硅柔软剂的手感风格，为产品的更新换代提供支持。1试验1.1试剂及设备试剂：双官能端羟烃基硅油2500（D 36 6 7，工业品，嘉兴联合化学有限公司）,三羟基聚醚(ZC330，化学纯，无锡百川化工有限公司），异氟尔酮二异氰酸酯（IPDI,化学纯，万华化学集团有限公司），二月桂酸二丁基锡(DBTDL,分析纯,常州凯瑞化学科技有限公司），氨基硅油（AJ,工业品，宁波润禾高新材料科技股份有限
14、公司），N-乙基吡咯烷酮（NEP）、甲基乙基酮、聚乙二醇2 0 0 0(PEG2000),均属于分析纯，国药集团化学试剂设备：NicoletiS5傅立叶变换红外光谱仪（美国Thermo FisherScientific公司），6 0 0 M型核磁共振波谱仪（德国Bruker公司），凝胶渗透色谱（广东中天仪器股份有限公司），JSMIT500A扫描电子显微镜（日本电子株式会社），TGAQ50热重分析仪（上海莱睿科学仪器有限公司），DSC8500差示扫描量热仪（美国PerkinElmer公司）,SB-11智能式数字白度仪（杭州研特科技有限公司），YG541E型织物折皱弹性测试仪（温州方圆仪器有限公司
15、）1.2有机硅改性聚氨酯的制备首先将ZC330,PEG2000.D3667分别在10 0.0 下真空干燥2 h除去水分。将IPDI(12.43g)和丁酮、NEP加人四口烧瓶中，升温至8 0.0，机械搅拌下缓慢滴加ZC330（56.0 0 g），并加人适量催化剂反应2h得到预聚体。升温至8 5.0,将预聚体缓慢滴加到装有PEG200040印染技术2023年第7 期针织工业(56.00 g)和D3667(70.00 g)的四口烧瓶中，并加人适量的催化剂反应2 h。最后，降至室温，在高速搅拌下加入去离子水乳化，得到固含量为2 0%、粒径为40 nm的有机硅改性聚氨酯乳液POET-8L。具体反应式如图
16、1所示1.3结构表征红外光谱图采用溴化钾压片法，通过NicoletiS5傅立叶变换红外光谱仪测试。核磁共振表征在600M型核磁共振波谱仪上进行，溶剂为d-DMSO。有机硅改性聚氨酯的相对分子质量由凝胶渗透色谱测得，检测器为waters2414。1.4形貌分析锦氨织物以丙酮润洗3次后晾干、备用；将稀释后浓度为5g/L的柔软剂液滴1滴在锦氨织物表面，室温晾干后于10 0.0 下处理5min，之后在2 5.0、相对湿度65%的环境中静置48 h。样品的表面形貌在JSMIT500A扫描电子显微镜上观测，同时使用配套的EDS模块对样品表面元素进行分析，测试电压为10 kV。1.5热分析选用TGAQ50热
17、重分析仪，在氮气氛围,2 5.0 6 0 0.0 的温度区间和10/min的升温速率下，对试样热稳定性进行分析。通过DSC8500差示扫描量热仪测定乳液的玻璃化转变温度，测试环境为氮气氛围，升温速率为10/min，温度范围为-6 5.0 50 0.0。1.6织物整理方案采用浸渍法对棉织物进行后整理：用量为6%、浴比为1:2 0。将织物在配好的40.0 溶液中浸渍25min,脱水,烘干10 0.0、5min,随后经150.0、3min处理。整理后织物放在标准条件(2 0、相对湿度6 5%）下平衡2 4h后用于综合性能评价1.7整理织物综合性能评价织物白度采用SB-11智能式数字白度仪测试。折皱回
18、复角按照GB/T3819一1997纺织品织物折痕回复性的测定回复角法在YG541E型织物折皱弹性测试仪上进行测量织物亲水性通过静态吸水时间判断，即水滴滴落至水滴反光在织物表面消失的时间,测试结果取多次、多点位测量平均值织物手感通过柔软度测试仪测量，对织物的柔软度、粗糙、硬挺、松散、轻薄、光洁、?爽、油腻程度进行评价2结果与讨论2.1POET-8L的结构表征结构表征如图2 所示POET-8L的红外谱图中,3448cm=I 处为一OH 与一NHCOO一中的N一H伸缩振动的重叠峰,16 6 9cm-1 为一NHCOO一中 C=O的伸缩振动峰，这证明了氨基甲酸酯基的生成；在8 0 5 cm处为SiCH
19、s面内的摇摆振动峰，在12 6 4cm-1处为一SiCH,的甲基变形振动峰，1 0001 100 cm-=l 处为 Si0Si的伸缩振动峰。同时,2 2 7 1cm-1处一NCO的吸收峰消失，即产物中无一NCO基团。由图2 b可见，8=0.0 3ppm的H为有机硅链节上的一CH，的H质子;8=1.0 3 1.2 3 ppm 的 H 为 IPDI的CH,和CH,的H质子;=3.50ppm的H为聚醚链节的一CH,的H质子;8=4.58 ppm的H为氨基甲酸酯基旁边一CH2的H质子。以上分析表明，产物POET-8L结构较为明确，反应设计可行。根据产物的分子量分布曲线图2 c可知：一是大致有10%的产
20、物分子量大于3支结构两联物理论分子量，这主要是第二步反应产QHHOOH+30CNNCOZC330IPDI83DBTDLOHNHCOOmOH1OCN第一步副产物OHNHCOQNHCOOiOOCHNNCOOCNNHCOOOOCHNCOO C NRi-OHR2-OHPEG2000366785第二步副产物OHNHCOOmOHR.O O CH NR,OOCHNNHCOQOHNHCOO.OOCHNNHCOORIR2O0CHNNHCOOM.OOCHNNHCOOR;R,OOCHNPOET-8L注:R,-OH 为 HOCH,CH,O,H;R2-OH 为 HO-(C,HOS-Si-(C,H-O)-H。m图1产物P
21、OET-8L制备过程41印染技术2023年第7 期针织工业”669802一2.89534481098波数注：单位为cml(a)红外谱图9P-OSNGC2化学位移(b)核磁氢谱图1.4dwt/d(log M)1001.2801.0分子量累积分布0.8600.6400.4200.2004.84.44.03.63.2 2.8logMu(c)GPC 图图2POET-8L的结构表征物之间的多重桥联作用，或是多重桥联物与第一步产物及聚合单体的反应物；二是大致有2 4%的产物分子量介于3支结构产物与3支结构两联物分子量之间，这部分产物主要是第二步产物与第一步产物及聚合单体的反应物；三是大致有46%的产物分子
22、量介于第一步三封端产物与第二步3支结构产物理论分子量之间，这部分产物主要是多种结构的第二步产物及其与第一步产物以及聚合单体的反应物；四是大致有5%的产物分子量介于ZC330和三封端产物的理论分子量，这主要是第一步产物及其与聚合单体的反应物；五是小于3000的分子占15%左右，这主要是各种未反应的聚合单体及其水解物。可见产物混合物中有超8 5%的分子是具有相互纠缠结构的，具有以分子纠缠方式对传统有机硅柔软剂进行复合改性的作用2.2形貌表征形貌表征如图3所示。(a)空白样(b)AJ处理样(c)POET-8L处理样(d)POET-8L/AJ处理样图3锦氨织物的SEM图由图3可知，经氨基硅油整理后的织
23、物，织物表面存在较多且相对均匀的小凸起，这可能源自于有机硅链段热迁移（在烘干过程中，疏水性较强分子向水分蒸发方向迁移的现象）而导致的部分聚集现象。然而经POET-8L整理后的织物，织物表面形成一层相态均匀的膜，这是由于POET-8L有机硅自由分支结构的相互纠缠，使多个分子相互纠结，而使其热迁移能力下降的原因如图4所示。基于同样的原因，经过POET-8L/AJ共混后整理的织物表面较为光滑，平整程度在POET-8L与AJ之间,并且倾向于POET-8L,如表1所示。POET-8L有机硅链段AJ有机硅链段POET-8L聚醚链段图4链段纠缠示意图由表1可知，AJ处理后织物表面上Si元素占比（1.35%）
24、仅为理论占比（40.8 0%）的3.30%;P0ET-8L处理后织物表面上Si元素占比（1.51%）为理论占比（8.8 7%）的17.60%;POET-8L/AJ处理后织物表面上Si元素占比（2.7 3%）为其理论占比(2 4.6 8%)的11.10%由此可以看出：POET-8L及其和AJ的复合物与锦氨纤维的亲和能力高于AJ。这是由于POET-8L的共性疏水长链（聚硅氧烷)之间的相互纠缠作用导致助剂大分子不能有效地随水分蒸发而向疏水的纤维间隙迁移的能力下降的缘故。同理,POET-8L/AJ在纤维表面的存留率也相对较高,也是由于POET-8L的分支结构将AJ进行捆绑纠缠的缘故2.3热重分析热重分
25、析如图5所示由相关文献报道可知：聚硅氧烷链节的热分解温度为340.0，而PEG2000的热分解温度值为360.0380.0。由图5可知，AJ在340.0 的热失重是由于分子中一(Si-O)一链热分解造成的，而POET-8L在42印染技术2023年第7 期针织工业表1未经处理以及经POET-8L、A J和POET-8L/AJ处理后锦氨纶织物的元素含量项目CN0Si空白46.2728.2125.520AJ(34.97)/49.38(0.91)/23.79(23.31)/25.49(40.80)/1.35POET-8L(57.14)/45.66(6.15)/22.78(28.13)/30.06(8.
26、57)/1.51AJ/POET-8(1:1)(46.05)/53.04(3.53)/22.16(25.72)/22.07(24.68)/2.73100.00a080.00b-0.005C60.00-0.010d40.00-0.01520.000.020质-0.0250100200300400500600温度/注:a.POET-8L;b.AJ;c.POET-8L/AJ;d.POET-8L;e.AJ;f.POET-8L/AJ。图5POET-8L、A J 和 POET-8L/AJ(mpoOEr-st:m=1:1)同一升温速率下的TG、D T G 曲线390.0热失重是由一C一0 一的热分解造成的。认
27、为,POET-8L中PEG2000聚醚和聚硅氧烷链节热分解温度的升高是由于其上有机硅烷链节之间的缠绕导致POET-8L分子相互纠结缘故，即POET-8L中的聚硅氧烷及聚醚链节由于分子纠缠的原因具有均匀一致的相态结构。此外，AJ和POET-8L拼混后的分解温度为38 0.0，很明显，两者复合物的热分解温度正处于两者单独表现出热分解温度，并偏向于POET-8L热分解点，这也可以归因于POET-8L自身及其与AJ分子之间的分子纠缠。应注意的是：无论是AJ、PO ET-8L还是两者的复合物,在TG均呈现显著的单峰，即无论产物分子结构中仅含聚硅氧烷链节（AJ)还是同时含有聚醚和聚硅氧烷两种链节(POET
28、-8L、PO ET-8 L/A J),其差异性的主体结构均表现出在同一温度区间热分解。这可能仍然是由于POET-8L及POET-8L与AJ分子间的缠结，导致两者凝聚相中的Si一0 一与C0链段相区充分互溶，互嵌缘故，如图6 所示POET-8LPUEI-OL0-1020POET-8L/AJ30AJ-4050-60-7000:000100.00温度/图6POET-8L、A J 和 POET-8L/AJ(mpOET-sL:mN=1:1)同一升温速率下的DSC曲线根据3个试样的DSC曲线可以得出：50.3和115.9 分别为POET-8L及其与AJ硅油复合物分子中聚醚链段的结晶熔融吸热峰，但由于POE
29、T-8L能够与具有超大线性分子量的AJ硅油形成更为复杂的纠缠网络结构，导致其聚醚链节的结晶熔融温度大幅提高为115.9。两者DSC曲线中39 4.0附近的吸热峰为两者分子中聚乙二醇热分解造成；同时，两条曲线中并未见有聚硅氧烷的热分解吸热峰，这有可能是由于分子间的纠缠结构使得C一O链节和Si-O链节形成均向结构的原因，即聚硅氧烷热分解与聚醚链节的热分解合并表现在39 4.0 附近。在AJ硅油DSC曲线中未见明显的吸热峰，这可能是由于AJ硅油柔软剂分子的多分散性导致其相态呈多样化的原因2.4性能分析性能分析如图7 和表2 所示由图7 和表2 可知，相较于原布和POET-8L/AJ复合柔软剂处理综合
30、综合手感手感粗糙光滑硬挺柔软松散紧绷轻薄厚重光洁毛绒?爽温暖油腻干燥012345678 910程度指数.空白样;.POET-8L;A.AJ;V.POET-8L/AJ;.POET-6L;.POET-6L/AJ;.POET-4L;.POET-4L/AJ。图7未经处理以及经POET-8L、A J和POET-8L/AJ处理后的棉织物综合手感后的织物，柔软剂AJ和POET-8L处理后的织物平滑度、柔软性和蓬松感都得到了提升。另一方面，AJ与POET-8L复配之后，两者之间的分子纠缠会显著限制AJ分子中位于主链上有机硅链段的自由旋转和移动，从而导致复配物处理后织物的平滑度与柔软度都低于单独的AJ与POET
31、-8L，但其紧致感和干爽感却获得了明显的提高。经过AJ、PO ET-8 L和POET-8L/AJ处理后的织物，厚重感由6.31分别降低到5.0 2、5.2 9、5.7 5，毛绒感由3.2 9分别提升到3.37、3.6 5、3.44，暖感分别由2.38 分别提升到3.11、3.13、3.25。整理织物的风格数据表明POET-8L更适合于处理高级时尚型服装，AJ和POET-8L/AJ倾向于处理运动型服装，这为织物的风格整理提供了选择的方向，如表3所示。由表3可以看出，相较于原布的亲水性(2.0 s），柔软剂AJ处理后的织物亲水性显著降低到36 0.5s,而经过POET-8L处理后的织物亲水性增强到
32、了0.8 s。这是由于AJ主链上的聚硅氧烷链节具有很强的疏水性，且分布在纤维表面的氨基硅油分子主链上的疏水性聚硅氧烷链节会在热处理过程中富432022年10 月12 日收稿日期印染技术2023年第7 期针织工业表2未经处理以及经POET-8L、A J和POET-8L/AJ处理后的棉织物综合手感数据粗糙硬挺-松散-轻薄-光洁-?爽油腻项目综合手感光滑柔软紧绷厚重毛绒温暖干燥空白0.906.785.846.156.313.292.386.22POET-8L3.337.316.934.985.023.373.115.62AJ2.677.027.044.635.293.653.136.02POET-8
33、L/AJ(1:1)2.676.836.365.495.753.443.256.16表3未经处理以及经POET-8L、A J和POET-8L/AJ处理后棉织物的性能项目亲水性/s折皱回复角/）白度/%原布2.019.173.9AJ360.59.873.8POET-8L0.870.374.6POET-8L/AJ(1:1)97.962.073.3集于油膜上层，导致其处理后织物的憎水提高。然而POET-8L分支结构中存在较多的亲水性的聚醚支化臂，且其分子间的疏水缔合作用也有效地牵制了分子中疏水链节向油膜表面的迁移，从而使得处理后的织物亲水性得以提高。同理，经POET-8L/AJ处理后的织物亲水性居于A
34、J和POET-8L之间。这是由于POET-8L分子中疏水性的聚硅氧烷支化臂可以与AJ分子主链上的聚硅氧烷链节形成有效缠结，不仅可以将亲水性的聚醚链节束缚于AJ分子，也有效地抑制了分子中的疏水结构向油膜表面迁移的缘故。此外，经过POET-8L及其与AJ的混合物处理后的织物相比于未整理时织物的折皱回复角显著提高。POET-8L处理后的织物折皱回复角为7 0.3,POET-8L/AJ复合整理后的织物折皱回复角提高到62.0这也应该是由于支化结构的POET-8L分子间及其与AJ分子通过共性疏水结构（聚硅氧烷）形成复杂的分子间缔合，而这种具有一定弹性的宏观缔合体填充于纤维间隙,并且在一定程度上阻碍了纤维
35、或者纱线顺外力形变位移的原因。3结束语设计并制备出具有共性结构的支化型有机硅改性聚氨酯PO-ET-8L，并能够以分子纠缠方式对传统有机硅柔软剂进行复合改性。将POET-8L与AJ进行复配之后，柔软剂热稳定性得到提升，附着在织物表面上更加均匀，验证了PO-ET-8L及POET-8L与AJ分子间的缠结,两者的一SiO一与一C一O一链段相区充分互溶、互嵌。相较于传统硅油，经过POET-8L/AJ复合整理后织物的亲水性和弹性得到显著提升，形成一种新的高弹柔顺的风格。本研究为有机硅柔软剂的特殊风格整理开拓了新的发展方向。参考文献1MAZZON G,ZAHID M,GUERRE-RO J H,et al.
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