咪唑啉Gemini型阳离子柔软剂的合成及应用

2023-01-03李新志

印染助剂 2022年11期

李新志

（高宝化工国际有限公司，广东东莞 523587）

纺织品后整理柔软剂主要分为硅油类柔软剂和非硅类柔软剂。最近几年，由于环保法规对硅油中D4、D5 和D6 的限制，很多面料厂家减少了对硅油产品的使用。阳离子柔软剂是非硅产品中手感最好的一类，带有较多的正电荷，而大部分纤维带负电荷，正负电荷的相互作用使阳离子柔软剂与纤维能够较好地结合，亲水性的阳离子基团与纤维结合，长链疏水基团朝外定向排列，相比阴离子、非离子以及弱阳离子柔软剂，疏水基团排列更加规整有序，很好地降低了界面张力，纤维增大表面积所需的功减少，纤维更容易伸展，织物表现出更好的手感。疏水基团的定向排列同样能够降低纤维的摩擦系数，因此手感也会更加突出［1-5］。

Gemini（双子）型阳离子柔软剂通过联结基将2个带有长链烷基的亲水季铵盐连接在一起，长链烷基一般以16～20 个碳原子为主，季铵盐部分包括长链烷基叔胺类季铵盐和咪唑啉、吡啶、三氮唑、三嗪等杂环类季铵盐。Gemini 型阳离子柔软剂单个分子中含有2 个阳离子基团，离子性更强，在纤维表面排列更加紧密整齐，与纤维的吸附性也更好，相比单链的柔软剂，手感更好，耐洗性也有很大提高［6-10］。

目前市售的以硬脂酸为原料合成的脂肪酸类柔软剂中，亲水性最好的是非离子软片，但是该类柔软剂手感较差。本实验选择硬脂酸、羟乙基乙二胺、1,3-二氯丙醇作为原料，合成了一种咪唑啉Gemini 型阳离子柔软剂，该柔软剂引入3 个羟基和2 个阳离子基团，具有较好的耐盐、耐碱、耐硬水稳定性；加工后的织物亲水性与非离子软片整理的织物相当，蓬松度和耐洗性比常规阳离子软片整理的织物要好，能够显著提升织物的撕裂强力，但是会对织物的拉伸强力和顶破强力造成影响。

1 实验

1.1 材料与仪器

织物：浅蓝棉双面布（40s/2），涤/棉牛仔布（棉80%，涤纶18%，氨纶2%），涤/棉罗纹布（65/35，40s/2），粉红色毛巾（32s/2）。

试剂：硬脂酸（工业级，如皋双马化工有限公司），羟乙基乙二胺［工业级，诺力昂化学品（嘉兴）有限公司］，平平加O-25（工业级，佳化化学股份有限公司），1,3-二氯丙醇、冰醋酸、硫酸钠、碳酸钠、氯化镁（分析纯，西陇化工股份有限公司），阳离子软片、非离子软片（市售）。

仪器：DN-B 型数字白度仪（北京佳航博创科技有限公司），YG（B）026HC 电子织物强力机（温州市大荣纺织仪器有限公司），Hoffen-10 傅里叶变换红外光谱仪（天津市嘉鑫海机械设备有限公司），电动搅拌器（常州市伟嘉仪器制造有限公司），罗氏泡沫仪（北京海富达科技有限公司）。

1.2 Gemini型阳离子柔软剂的合成

在四口烧瓶中加入一定量硬脂酸，升温至80 ℃使之熔融，慢慢滴加羟乙基乙二胺，在规定时间内加完，滴加过程中不断放热，温度上升，加入催化剂，缓慢升温至150 ℃反应4 h，升温至240 ℃保温5 h，降温至80 ℃，测试酸值达到规定范围，加入一定量溶剂，慢慢加入1,3-二氯丙醇，在规定时间内加完，80～85 ℃保温反应3 h，加入一定量平平加O-25，再加入冰醋酸和消泡剂，搅拌30 min，得到最终产品DIGCS。反应式如下：

1.3 柔软整理工艺

浸渍［10%的阳离子柔软剂水溶液5%（omf），40 ℃，30 min］→脱水→预烘（120 ℃，60 s）→定形（170 ℃，60 s）。

1.4 测试

1.4.1 手感

采用闭目触摸法，由5 位以上专业应用人员进行评级（空白定为1 级，手感最好定为5 级），取平均值，分数越高手感越好［11-12］。

1.4.2 耐洗性

参考GB/T 8629—2017《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》对处理后的织物进行洗涤和干燥，测试洗涤后的性能。

1.4.3 亲水性

滴水法：参考AATCC 79—2000《纺织品的吸水性测定》对静态吸水时间进行测定。

沉降法：参考FZ/T 62006—2004《毛巾》，裁剪5 cm×5 cm 大小的织物3 块，测试织物从接触水面到完全浸湿所需的时间，计算平均值。

1.4.4 白度

使用数字白度仪，先用白板校准，然后将整理前后的织物试样分别折叠4 层进行测试，测试5 次，取平均值。白度越高，黄变越小。

1.4.5 泡沫性

配制0.25%的阳离子柔软剂溶液400 mL，置于恒温水浴锅中，升温至40 ℃；将泡沫仪预热升温至40 ℃，先用清水清洗，再用溶液清洗；取50 mL溶液沿壁慢慢倒入泡沫仪中，后移取200 mL 溶液垂直滴落，放完溶液读取泡沫高度，并同时按下秒表计时；5 min后，再一次读取泡沫高度。

1.4.6 水溶性

使用搅拌器，在70 ℃下搅拌30 min，再开稀成10%的水溶液，取样确认阳离子柔软剂在水中的分散情况，如果水中有颗粒出现，表明水溶性差，该温度下无法溶解。

1.4.7 耐盐、耐碱、耐硬水稳定性

先将10%的阳离子柔软剂开稀液配制成30 g/L的溶液，称取15 g，滴加5%硫酸钠（耐盐）、碳酸钠（耐碱）或氯化镁（耐硬水）溶液，搅拌均匀，后补加水至50 g，密封静置24 h，观察乳液的分层、絮凝、沉淀情况。如果不分层、无絮凝和沉淀现象，则表明乳液的稳定性好。

1.4.8 织物强力

采用电子织物强力机，参考GB/T 3923.1—2013《纺织品织物拉伸性能第1 部分：断裂强力和断裂伸长率的测定（条样法）》测试织物拉伸强力；参考GB/T 3917.1—2009《纺织品织物撕破性能第1 部分：冲击摆锤法撕破强力的测定》测试撕裂强力；参考GB/T 19976—2005《纺织品顶破强力的测定钢球法》测试顶破强力。

1.4.9 红外光谱

阳离子柔软剂烘干后用傅里叶变换红外光谱仪进行测定。

2 结果与讨论

2.1 红外谱图

由图1 可知，3 288.12 cm-1处为—OH 的伸缩振动吸收峰；2 923.33、2 853.23 cm-1处为甲基和亚甲基的伸缩振动峰；1 605.00 cm-1处为咪唑啉环中吸收峰；1 467.03、1 354.73 cm-1处为甲基和亚甲基的弯曲振动吸收峰；1 299.65 cm-1处为C—N 伸缩振动吸收峰；1 080.06 cm-1处为C—O 伸缩振动吸收峰；948.45 cm-1处为季铵盐的特征吸收峰；720.28 cm-1处为烷基长链的特征吸收峰。证明合成了目标产物。

图1 DIGCS 红外光谱图

2.2 手感

由表1 可知，DIGCS 在棉针织面料和毛巾上的蓬松度均比常规阳离子软片和非离子软片好，在毛巾上的柔软度也相对较好。在平滑度方面，常规阳离子软片最好。DIGCS 和常规阳离子软片的手感比非离子软片好，主要是由于阳离子基团与纤维的负电荷更加能够形成定向吸附，使疏水碳链更加整齐地排列在纤维表面，更能降低表面张力，手感更好。从4 种面料的耐洗性数据可以看出，DIGCS 的耐洗性明显好于常规阳离子软片和非离子软片，原因是该类型的柔软剂具有2 个阳离子基团，与纤维的作用力更强，不容易从纤维表面脱落；而常规阳离子软片只有一个阳离子基团，非离子软片仅依靠作用力较弱的氢键和范德华力与纤维接触，最容易脱落。

表1 洗前与洗后手感对比

2.3 水溶性与泡沫性

由表2 可知，DIGCS 同其他类型柔软剂一样都比较容易化料，而且化料后的水溶液具有较好的抑泡性和消泡性，市售阳离子软片泡沫相对较高。低泡沫性可以保证在液流染色机中使用时，不会造成泡沫过多而停机，在使用定形机时，不会出现泡沫过多，导致溢出及布面沾污。

表2 水溶性和泡沫性对比

2.4 亲水性和白度

由表3 可知，DIGCS 与市售常规阳离子软片相比亲水性大幅提升。

表3 亲水性、白度对比

市售常规软片主要包括阳离子型、弱阳离子型、非离子型、阴离子型，在这4 类软片中，具有亲水性的是非离子软片和阴离子软片，由于阴离子软片手感较差，市面使用较少，除非个别特殊要求；对有亲水要求的面料一般选择非离子软片。DIGCS 虽然是阳离子型产品但是具有很好的亲水性，接近非离子软片，可能是由于产品结构中引入了2 个亲水的阳离子基团和3 个羟基，与市售的阳离子软片相比，亲水性有较大提升。在白度方面，由于该类柔软剂属于阳离子型，同市售阳离子软片产品一样，加工后的布面白度相对较差，不适合用于白色或浅色面料，非离子软片白度最好。

2.5 耐盐、耐碱、耐硬水稳定性

在棉及其混纺织物染整加工中，特别是前处理和染色工序会用到较多的盐和碱，尤其是染中深色布，虽然染色完会经过水洗、酸中和、皂洗等工序，大部分的盐和碱会被洗掉，但是布面上仍然会有少部分残留，而且不同的染厂，皂洗的工艺和程度不同，存在很大变数。在后整理加工过程中，布面上的杂质会不断被带入处理液中，加工的织物越多，引入杂质的量就越多。这些杂质会影响产品的稳定性，造成产品絮凝或者漂油，布面容易出现软油斑。这就要求产品具有较好的耐盐、耐碱稳定性。同样，水质的好坏对产品的稳定性也有较大影响，染厂加工用水来源不同，水的硬度会有较大差异，并且不同的季节和时间段，水质也会有差异，所以，为了保证产品长期使用的稳定性，不影响加工织物的品质，产品需要能够耐硬水。由表4 可知，DIGCS 相对于市售的阳离子软片来说具有较好的耐盐、耐碱和耐硬水稳定性，适合染厂复杂的应用环境，不会带来由于杂质较多造成产品破乳的软油斑问题。

表4 耐盐、耐碱、耐硬水稳定性对比

2.6 织物强力

由表5 可知，经4 种柔软剂处理后，撕裂强力均有所提升，拉伸强力和顶破强力都有所下降，DIGCS在撕裂强力方面比非离子软片好，比常规阳离子软片差，主要是由于面料的撕裂强力与纱线间的摩擦阻力成反比，摩擦阻力大，纱线间不易滑动，受力纱线根数减少，撕裂强力下降，常规阳离子软片处理后的织物滑度最好，摩擦阻力最小，DIGCS 次之，非离子软片处理后的织物滑度最差，摩擦阻力最大，撕裂强力最差。拉伸强力和顶破强力与织物纱线间的抱合力成正比，常规阳离子软片处理后的织物抱合力下降最大，DIGCS 次之，非离子软片对纱线抱合力的影响最小［13］，拉伸强力和顶破强力也最好。