新型聚醚基聚硅氧烷的合成、表征及应用基础研究

摘要

分子中连接有聚醚基团的聚醚基聚硅氧烷分子用于织物的后整理，能提供织物良好的柔软性、理想的吸湿性以及抗静电性，因而在化纤织物、混纺织物的天然仿真整理方面显示出良好的应用前景。但早期开发的聚醚基聚硅氧烷在亲水性、柔软性和耐洗性方面应用效果欠佳。基于此，作者利用分子设计原理，设计合成出一类新型结构的聚醚基聚硅氧烷，如聚氨酯改性聚醚-嵌段（b）-聚硅氧烷（TESO），氨基-b-聚醚聚硅氧烷（BPEAS）和羧基改性聚醚硅氧烷低聚体（DCPES）。用红外光谱（IR）、核磁共振氢谱（1H-NMR）、扫描电镜（SEM）、场发射扫描电镜（FESEM）等仪器对所合成的新型结构的聚醚硅油的结构、成膜性进行了分析，并研究了其应用性能。主要研究工作如下：
　　 （1）利用硅氢化加成反应合成聚醚-b-聚硅氧烷中间体PESO，再将其与2，4-甲苯二异氰酸酯（TDI）反应，制得了聚氨酯改性聚醚-b-聚硅氧烷（TESO）。用IR、1H-NMR、SEM等对TESO进行了结构表征、成膜性观察及应用性能研究。结果表明，TESO能与阴、阳离子树脂、助剂配伍使用；在100％棉纤维、聚酯/黏胶（T65/C35）纤维表面，TESO可形成一层亲水性硅膜，该膜包裹在纤维表面，能使处理后的纤维表面相对光滑。由AFM图分析可知，TESO在单晶硅基质上形成形态学非均一结构的硅膜，硅膜表面比较粗糙，在2μm扫描范围内，整个膜表面的均方根粗糙度（Rq）为0.213nm。经TESO处理后的纤维织物，其弯曲刚度降低、折皱回复角增大，但织物的静态吸水时间只有2.68s～4.59s。表明，TESO处理后的织物柔软性提高、弹性增强，吸湿性良好。另外，TESO对其整理织物的白度影响不大。
　　 （2）用羟基封端的聚醚-b-聚硅氧烷（PESO）和金属钠进行反应，将PESO转化成醇钠基聚醚-b-聚硅氧烷，然后将其与环氧氯丙烷反应制得环氧聚醚改性聚硅氧烷（PEESO）中间体。利用PEESO与端氨基聚醚（D230）的开环加成反应获得一种新型的氨基-b-聚醚聚硅氧烷（BPEAS）。用IR、1H-NMR、FESEM等对BPEAS进行了结构表征、成膜性观察，并对其应用性能进行了研究。结果表明，BPEAS同样可在纤维表面形成一层树脂膜，该树脂膜可导致纤维局部表面沟槽消失、棱角变钝、相对平滑。经BPEAS处理后的织物不仅柔滑、弹挺，织物的静态吸水时间可达到0.76s。
　　 （3）以甲苯为溶剂，利用四甲基环四硅氧烷与烯丙基聚醚的硅氢化反应先制得中间体聚醚四甲基环四硅氧烷（DPESO），然后再用马来酸酐进行酯化反应，成功制得了一种羧基改性聚醚硅氧烷低聚体（DCPES）。用IR、1H-NMR、AFM等对DCPES进行了结构表征、成膜性观察，并对其在织物整理中的应用性能进行了研究。结果表明，从AFM图可见，DCPES形成的硅膜表面不平整均匀，较粗糙，在2μm扫描范围内，整个膜表面的均方根粗糙度（Rq.）为2.236nm。另外，经DCPES处理后的织物其柔软性能有一定程度的提高，静态吸水时间缩短。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 文献综述

1.1引言

1.2聚醚改性聚硅氧烷

1.2.1聚醚改性聚硅氧烷的合成方法和分类

1.2.2聚醚改性聚硅氧烷的最新研究进展

1.3改性聚醚型聚硅氧烷

1.3.1氨基改性聚醚型聚硅氧烷

1.3.2糖类改性聚醚型聚硅氧烷

1.3.3聚氨酯改性聚醚型聚硅氧烷

1.3.4二苯甲酮类聚醚型聚硅氧烷

1.3.5羧基改性聚醚型聚硅氧烷

1.3.6碱金属盐改性聚醚型聚硅氧烷

1.4聚醚聚硅氧烷的成膜性

1.4.1聚硅氧烷成膜的表面化学基础

1.4.2聚硅氧烷的成膜性表征手段

1.4.3聚醚聚硅氧烷的膜形貌

1.5课题的提出背景及主要研究内容

2 聚氨酯改性聚醚型聚硅氧烷的合成、表征、应用性能及膜形貌研究

2.1实验部分

2.1.1仪器与原料

2.1.2端基型含氢硅油PHMS的结构表征及物化常数测定

2.1.3聚氨酯改性聚醚-b-聚硅氧烷TESO的合成

2.1.4 TESO的结构表征

2.1.5 TESO的乳化及在织物整理中的应用

2.1.6聚氨酯改性聚醚聚硅氧烷TESO组装膜的形貌观察

2.2结果与讨论

2.2.1端基型含氢硅油PHMS的结构表征及物化常数测定

2.2.2 TESO的结构表征结果

2.2.3 TESO乳液与各种树脂、助剂配伍性研究

2.2.4 TESO成膜性及膜形貌研究

2.2.5 TESO整理织物应用性能研究

2.2.6 TESO／ASO-1复配物整理织物应用性能研究

2.3小结

3 氨基-b-聚醚聚硅氧烷的合成、表征、应用性能和成膜性研究

3.1实验部分

3.1.1测试仪器与原料

3.1.2氨基-b-聚醚聚硅氧烷BPEAS的合成

3.1.3氨基-b-聚醚聚硅氧烷BPEAS的结构表征

3.1.4氨基-b-聚醚聚硅氧烷BPEAS的物化性能常数测定

3.1.5氨基-b-聚醚聚硅氧烷BPEAS在织物整理中的应用

3.1.6脱脂棉纤维表面BPEAS膜的形貌观察

3.2结果与讨论

3.2.1氨基-b-聚醚聚硅氧烷BPEAS的结构表征

3.2.2氨基-b-聚醚聚硅氧烷的物化性能常数测定结果

3.2.3 PEESO与D230的反应时间与BPEAS黏度的关系

3.2.4氨基与环氧基的摩尔比与BPEAS黏度的关系

3.2.5烘焙温度对BPEAS柔软性能的影响

3.2.6 BPEAS整理前后纤维表面形貌的FESEM观察

3.2.7 BPEAS对织物应用性能的影响

3.2.8原料PHMS的Si-H键含量对BPEAS应用性能的影响

3.3小结

4 羧基改性聚醚硅氧烷低聚体的合成、表征、应用性能及膜形貌研究

4.1实验部分

4.1.1测试仪器与原料

4.1.2羧基改性聚醚硅氧烷低聚体DCPES的合成

4.1.3 DPESO和DCPES的结构表征

4.1.4 DCPES的物化性能常数测试

4.1.5 DCPES在织物整理中的应用

4.1.6 DCPES组装膜形貌的研究

4.2结果与讨论

4.2.1关于中间体DPESO的合成和结构表征

4.2.2目标物硅氧烷低聚体DCPES的结构表征

4.2.3残留Si-H键对DCPES性能的影响

4.2.4 DCPES的物化性能常数测试结果

4.2.5 DCPES的膜形貌研究

4.2.6 DPESO和DCPES整理后织物性能的测试结果

4.3小结

5 结论

5.1 TESO的合成、表征、应用性能及膜形貌研究

5.2 BPEAS的合成、表征、应用性能和成膜性研究

5.3 DCPES的合成、表征、应用性能及膜形貌研究

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢