（纺织化学与染整工程专业论文）微量有机硅的分析及有机硅吸附性能的研究.pdf

浙江理工大学硕士学位论文 摘要 有机硅是聚硅氧烷高分子化合物的俗称，它是一类具有柔软、抗皱等优异表面性能的 高分子聚合物。有机硅主要作为功能整理助剂，应用在柔软整理、防水整理、防污整理、 抗静电整理和抗菌防霉整理等方面，改善织物使用性能，增加织物的功能性，成为提高产 品附加值必不可少的手段。为弥补服用和洗涤引起的纺织品表面性能的损失，在洗涤过程 中加入有机硅助剂，恢复和提高纺织品的表面功能特性，已经成为常用的纺织品护理方法。 有关有机硅的研究有很多，但主要集中在有机硅化学改性和应用性能的研究，对有机 硅吸附性能的研究则较少。随着有机硅的广泛应用，与其吸附性能相关的问题不断出现， 如纺织品整理中有机硅的利用率问题、整理设备的硅垢问题、染色与整理同浴时有机硅在 染色设备上的吸附沉积从而造成染色不均及色斑的问题、在生化膜处理废水时有机硅吸附 在膜的表面加速膜的老化问题、在纺织品洗涤烘干时有机硅吸附在洗衣机烘干机内壁， 降低设备机械效率影响洗涤烘干效果的问题等等。因此，有机硅在不同基质表面的吸附性 能研究是一个有重要意义的课题。 本课题根据美国宝洁公司提出的项目建议，以家庭洗涤过程中有机硅的吸附现象为具 体研究对象，通过模拟洗涤过程，研究有机硅在纯棉、涤纶、器壁等不同基质上的吸附性 能。研究的关键和难点问题有两个，即设计科学合理的模拟家用洗涤方法和探索并建立一 套适合于各种基质表面微量有机硅定量分析的方法。 本课题首先通过对实际洗涤过程的分析，设定洗涤参数、确定洗涤配方、选择模拟洗 涤设备等建立起模拟洗涤实验方法。其次，参照文献，根据实验室条件，采用e d s 分析法、 n 2 0 一c 2 h 2 火焰原子吸收光谱法、硅钼蓝分光光度法进行了微量有机硅的定量分析研究，对 各种方法的可行性进行评价，最后选择硅钼蓝分光光度法作为本课题的基本研究手段，并 通过大量的实验摸索，在还原剂的选择、硅钼酸形态的控制、显色体系的稳定、吸光度基 底的引入等方面对原有的分析方法进行了创新性的改进，建立起线性相关系数在0 9 9 9 以 上的标准工作曲线，方法的相对标准偏差控制在2 以内，回收率在9 7 一- , 1 0 2 之间，检 出限达到1 0 i _ t g l ，使得方法的精密度和稳定性完全满足研究的要求。最后，应用改进的方 法，成功分析了l o 种典型的有机硅在洗涤过程中在织物、器壁等不同基质上的吸附性能， 并比较全面地探讨分析了这些有机硅的吸附性能与结构之间的关系。 有机硅高分子的极性、分子中有无侧链及侧链的结构、侧链的极性、分子末端是否有 i 浙江理工大学硕士学位论文 极性基团封端、分子的水溶性等因素，相互影响，相互作用，共同决定了有机硅的吸附性 能。分子极性强、无侧链或侧链结构简单且有极性基团、分子末端有极性基团封端、分子 水溶性较低的有机硅在极性器壁表面的吸附量较高：分子的极性越强、有侧链且侧链结构 复杂且带有极性基团、分子末端有极性基团封端、分子水溶性相对较低的有机硅在织物表 面的吸附量较高。同一有机硅在不同织物表面的吸附性能有较大差异，棉织物对有机硅的 吸附量明显高于涤纶织物；在同一种织物表面，氨基有机硅的吸附量最高，聚醚改性有机 硅次之，二甲基硅油的吸附量最低。 综上所述，本课题取得的成果可以归纳为以下三点：1 ) 通过优选与改进，建立了一种 微量有机硅分析的精确方法；2 ) 在微量分析方法的基础上建立了一套完整的分析有机硅 在洗涤过程中在不同基质上吸附性能的研究方法，为后续微量有机硅应用性能的分析研究 奠定了基础。3 ) 有机硅吸附性能与结构之间的研究和讨论，对开发新的、性能更优良的 有机硅整理剂的研究有一定指导意义。 关键词：有机硅；吸附性能；微量分析；硅钼蓝分光光度法； i i 浙江理工大学硕士学位论文 s t u d yo nt h et r a c es i l i c o n ea n a l y s i sa n dt h ea b s o r p t i o np e r f o r m a n c eo f s i l i c o n e si nt h eh o m el a u n d r yp r o c e s s a b s t r a c t s i l i c o n e sa res p e c i a lr e a g e n t st h a ti m p a r td e s i r e ds u r f a c ep r o p e r t i e s ，s u c ha s s o f t n e s s ， b o u n c i n e s sa n da n t i w r i n k l ep r o p e r t i e st of a b r i c sa n dr e l a t e dm a t e r i a l s a n dt h es i l i c o n ef i n i s h i n g i san e c e s s a r yp r o c e s st oi n c r e a s et h ef a b r i cf u n c t i o na n dt h ea d d e dv a l u e t h eu s eo fs i l i c o n e si n t h eh o m el a u n d r yi st oe n h a n c et h ew e a r i n gp e r f o r m a n c eo ft h et e x t i l e sa n da p p a r e l s a n dt h i s p r o c e s sh a sb e e np r a c t i c e da sat e x t i l ec a r em e t h o di nt h ed a i l yl i f e t h e r ea r el o t so fs t u d i e sa b o u ts i l i c o n e s ，a n dm a n yo ft h e ma r ef o c u s e do nt h ec h e m i c a l m o d i f i c a t i o na n da p p l i c a t i o np e r f o r m a n c e s ，a n dl i t t l ei sa b o u tt h ea b s o r p t i o np e r f o r m a n c e s w i t h t h ew i d eu s eo fs i l i c o n e s ，m a n yp r o b l e m sa b o u ta b s o r p t i o np e r f o r m a n c e sh a v ea p p e a r e d t h e s i l i c o n e sa b s o r bo nt h es u r f a c eo fd y e i n gm a c h i n ea n dt h e nc a u s e dm o t t l i n g a n dw h e nt h ew a s t e w a t e rc o n t a i n e ds i l i c o n e si st r e a t e dw i t ht h eb i o c h e m i c a lm e m b r a n e ，t h es i l i c o n e sw i l la b s o r bo n t h em e m b r a n ea n dt h e na c c e l e r a t et h em e m b r a n ea g i n g i nt h ew a s h i n gp r o c e s s ，s i l i c o n e sa b s o r b o nt h ew a s h e rw a l lt oa f f e c tt h ee f f i c i e n c y t h e ni t sn e c e s s a r yt os t u d yt h es i l i c o n e sa b s o r p t i o n p e r f o r m a n c e so nt h ed i f f e r e n tm a t t e r s a c c o r d i n gt ot h es u g g e s to ft h ec o m p a n yp & q t h i sp r o j e c tm a i n l ys t u d i e so nt h es i l i c o n e s a b s o r p t i o np e r f o r m a n c e so nt h ef a b r i c sa n do nt h ew a l l so fw a s h e ra n dd r y e rw i t ht h es i m u l a t e d w a s h i n gp r o c e s s t h ek e y so ft h ee x p e r i m e n tw e r et oe s t a b l i s has u i t a b l es i m u l a t e dh o m el a u n d r y p r o c e s sa n dt of i n da n de s t a b l i s haf e a s i b l em e t h o dt oq u a n t i t a t i v e l ya n a l y z et h et r a c es i l i c o n e s o nt h ed i f f e r e n tm a t t e r s t h ef i r s ts t e po ft h es t u d yi st os i m u l a t et h ew a s h i n gp r o c e s s a c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c e w a s h i n gp r o c e s s ，t h ew a s h i n gp a r a m e t e r sa r es e ta n dt h ed e t e r g e n t sa r ep r e p a r e d a n dt h e nt h e s e c o n ds t e pi st of i n dap r o p e rw a yt oa n a l y z et h et r a c es i l i c o n e so i lt h ew a l l sa n df a b r i c s t h e m e t h o de d s ，n 2 0 c 2 h 2a a sa n ds i l i c o nm o l y b d e n u mb l u es p e c t r o p h o t o m e t r yw e r ed i s c u s s e d a tl a s tt h es p e c t r o p h o t o m e t r ym e t h o dw a st ob et h eb a s i ca n a l y s i sm e t h o d t h r o u g hl o t so ft e s t w o r k s ，s o m ef a c t o r s ，s u c ha st h er e d u c ea g e n t s ，s i l i c o nm o l y b d e n u ma c i d s ，a n dt h ew a v e l e n g t h n i 浙江理工大学硕士学位论文 o ft h em 础n u ma b s o r b a n c e ，w e r ed i s c u s s e da n dm a d es o m eo ft h e mw e r ei m p r o v e da n d i n n o v a t e d w i t ht h ei m p r o v e dm e t h o d ，ap r e c i s es t a n d a r do p e r m i o nl i n ew a se s t a b l i s h e d t h e f i t t i n gc o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n ti sh i g h e rt h a no 9 9 9 t h er s do ft h em e t h o di sl e s st h a n2 a n d t h er e c o v e r yi sa l s ov e r yg o o db e t w e e n9 7 a n d10 2 t h ed e t e c t i o nl i m i ti sa sl o wa slo r t g l a n dt h e nt h ei m p r o v e dm e t h o di sa p p r o p r i a t et ot h et r a c es i l i c o n ea n a l y s i s w i t ht h ei m p r o v e d m e t h o d ，t h ea b s o r p t i o np e r f o r m a n c eo f10k i n d so fs i l i c o n e so nt h ew a l l sa n df a b r i c sw e r e s t u d i e d ，w h i c hw e r ew i d e l yu s e di nt h ep r a c t i c e a n dt h er e l a t i o n s h i po ft h es i l i c o n es t r u c t u r ea n d t h ea b s o r p t i o np e r f o r m a n c ew a sa l s od i s c u s s e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h es i l i c o n ea b s o r p t i o np e r f o r m a n c ew a sc l o s e l ya s s o c i a t e dw i t ht h e s i l i c o n es t r u c t u r e t h em a i nf a c t o r sw e r em o l e c u l a rp o l a r i t y , t h es i d ec h a i na n dt h ep o l a r i t yo ft h e c h a i n ，t h ee n d g r o u p ，a n dt h ew a t e rs o l u b l ec h a r a c t e r t h e s ef a c t o r sw e r ei n t e r a c t i o n a la n d c o d e t e r m i n e dt h es i l i c o n ea b s o r p t i o np e r f o r m a n c eo nt h ew a l l sa n dt h ef a b r i c s i ft h es i l i c o n e p o l a r i t yi ss t r o n g ，t h e r ei s1 1 0s i d ec h a i no rt h es i d ec h a i ni ss i m p l ea n dh a sp o l a rg r o u p s ，t h e m o l e c u l a rh a sp o l a rg r o u p sa st h ee n d - g r o u p ，a n dt h ew a t e rs o l u b l ec h a r a c t e ri sb a d ，t h e nt h e s i l i c o n ew i l la b s o r bm u c hm o r eo nt h ew a l l s a st ot h ef a b r i c s ，t h ea b s o r p t i o nt r e n di st h es a l n e w i t ho nt h ew a l l sj u s te x c e p tf o rt h es i d ec h a i ne f f e c t t h es i d ec h a i ni sm o r ec o m p l i c a t e d ，t h e s i l i c o n ea b s o r b sm u c hm o r eo nt h ef a b r i c s o nt h es a m ef a b r i c ，t h ea m i n om o d i f i e ds i l i c o n e s h a v et h el a r g e s ta b s o r p t i o na m o u n t s ，a n dt h ep o l y e t h e rm o d i f i e ds i l i c o n e sa r ei nt h em i d d l e ，a n d d i m e t h y ls i l i c o n e sh a v et h el e a s ta b s o r p t i o na m o u n t s w i t ha l lt h ea n a l y s i st h es t u d i e sm a i n l yg e tt h r e ek e yp o i n t sa sf o l l o w s f i r s t l y , w i t ht h e i m p r o v e m e n t sa n di n n o v a t i o n so nt h ec l a s s i c a ls p e c t r o p h o t o m e t r ym e t h o d , o n ea p p r o p r i a t e m e t h o di se s t a b l i s h e dt oa n a l y z et r a c es i l i c o n e s e c o n d l y , as e to fm e t h o di se s t a b l i s h e dt o a n a l y z et h et r a c es i l i c o n e so nd i f f e r e n tm a t t e r si nt h el a u n d r yp r o c e s s f i n a l l y , t h er e l a t i o n s h i p s b e t w e e nt h ea b s o r p t i o np e r f o r m a n c ea n dt h es t r u c t u r ea r ed i s c u s s e d ，a n ds o m ea d v i c e sa r e p r o v i d e do nt h es i l i c o n es u r f a c t a n t su s e k e yw o r d s ：s i l i c o n e ；a b s o r p t i o np e r f o r m a n c e ；t r a c ea n a l y s i s ；s i l i c o nm o l y b d e n u mb l u e s p e c t r o p h o t o m e t r y ； i v 浙江理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师 的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰 写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：o 叻9 年了 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 学位论文作者签名： 日期：年 保密i z l，在 不保密囱。 年解密后使用本版权书。 指导教师签名： 嗍纱哆年；月夕日 浙江理工大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章前言 有机硅是聚硅氧烷高分子化合物的俗称，是指主链骨架为s i o 一的各种聚合 物。硅氧烷的末端或侧基上可引入各种活泼的官能基团，硅氧烷又很柔软，因而容易和其 他高分子结合，生成嵌段、接枝或互穿网络的共聚物【14 1 ，聚硅氧烷的特性引到有机高分 子中可以获得新的应用。聚硅氧烷及其共聚物在人们的衣、食、住、行、医疗、美容等方 面都能发挥作用。有机硅的产品主要可分为硅油、硅橡胶、硅树脂和硅烷偶联剂等4 类， 有机硅在纺织上的应用主要以硅油为主。硅油为直链的聚硅氧烷分子，其分子链高度卷曲 并具有螺旋形结构，分子间的作用力十分微弱，所以液体聚硅氧烷的表面张力比具有同样 密度和沸点的有机化合物液体低得多【5 1 。硅油是一类具有不同粘度、无毒、无臭、无腐蚀、 不易燃烧的液体，是近年来染整加工应用的新材料，其应用主要集中在织物防水整理、柔 软整理、防污整理、抗静电整理和抗菌防霉整理等方面睁1 2 】，以改善织物的服用性能，提高 织物的附加值，因此有机硅的应用研究对发展我国染整技术有着无比广阔的前景【2 】。 有机硅的典型基本几何结构如图1 1 所示，空间结构如图1 2 所示。其中的甲基可 以被其他基团如氨基、羟基、环氧基等活性基团取代，分子结构中各化学常数如表1 1 所 示。 表1 1 有机硅中化学键的参数1 4 1 t a b l e l 1t h eb o n d sp a r a m e t e r so fs i l i c o n e s s i ：c c s i oc 0 s i hc h 键长( a ) 1 8 8 1 5 41 6 4 1 4 21 4 71 0 7 键能( i o m 0 1 ) 3 6 8 4 3 5 5 9 4 5 2 23 5 8 3 9 3 6 4 1 0 3 s i s icccccc 键角( 垒) oocs i 1 4 31 1 41 0 91 0 9 浙江理一 大学硕七学位论文 h 3 c c h 3h 3 c n c h