2结果与讨论
由于本研究分两步制备复合柔软剂,故分别针对阳离子型有机硅乳液聚合的影响因素和复合柔软剂的复配应用效果进行讨论。
2.1乳液聚合的影响因素研究
2.1.1催化剂用量的影响
在相比为30%(质量分数,由通常有机硅柔软剂的浓度要求而定,在以下的研究中相比均固定为30%),固定聚合温度T=80℃,阳离子乳化剂浓度w1831=10%,非离子乳化剂浓度wOP-10=2%,变化不同的催化剂浓度进行聚合(除相比,以上所指浓度均为相对于单体的质量分数,下同),得到转化率曲线见图1。
从图1发现,有机硅阳离子乳液聚合的转化率曲线符合典型的D4本体可逆平衡聚合特征。这是由于在有机硅乳液聚合中,胶束成核与单体珠滴成核共存,整个乳液聚合类似于“悬浮”聚合所致[7,8]。由图1可知,碱催化剂用量增加,聚合速率加快。但通过实验发现,碱催化剂浓度达到3%时,反应平衡后,合成的聚硅氧烷已成一种橡胶状的弹性体,不溶解于任何溶剂。这是由于聚合过程中,催化剂用量过大,除了环硅氧烷开环反应,还可能发生Si-C键被打断而产生交联的现象[2]。因此,综合聚合速率及交联情况,碱催化剂浓度取1%进行聚合比较合适。
2.1.2温度的影响
固定催化剂浓度wKOH=1%,w1831=10%,wOP-10=2%,改变不同温度进行聚合,得到转化率曲线见图2。由图2可看出,温度升高,聚合速率加快,这与一般反应规律相一致。而在不同温度下聚合得到的平衡转化率均在87%左右,这证明了Carmichael等提出的环硅氧烷开环聚合的反应热可忽略不计,平衡转化率纯由熵的因素所决定结论的正确性[9]。
考虑到合成效率及控制的平稳性,聚合温度取80℃为宜。
2.1.3乳化剂用量的影响
固定wKOH=1%,wOP-10=2%,T=80℃,变化1831的浓度进行反应,结果见表1;固定wKOH=1%,T=80℃,w1831=10%,变化OP-10的浓度进行反应,结果见表2。
从表1发现,1831用量不高时,反应达到终点的时间随其用量的增加而迅速减少,乳液外观也由乳白色变成泛蓝乳白色,同时稳定性增加。但当1831的浓度达到10%时,其用量再增加,聚合速率、乳液外观及稳定性均变化不大。这是由于阳离子有机硅乳液聚合中,真正起催化作用的是阳离子乳化剂1831与催化剂KOH反应生成的季铵碱[10],因此,在催化剂浓度固定不变的情况下,随着1831浓度的增加,生成的季铵碱浓度也增加,但增加的程度逐渐变小,从而导致聚合反应速率的增加程度也逐渐变小。
另外,乳化剂浓度增加,乳胶粒数量增多,粒径变小,乳液外观逐渐泛蓝,并趋于稳定。考虑到1831在织物后整理过程中易引起色变现象,再结合表1中的聚合速率数据及乳液外观稳定情况,聚合反应中1831浓度取10%为妥。从表2发现,加入适量的非离子乳化剂,与阳离子乳化剂形成协同效应,可增加乳液的稳定性,但对聚合速率却有较大的阻滞影响[3]。因此,聚合中取wOP-10=2%较为合适。
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