实验方案---副本.doc

实验方案聚氨酯改性硅氧烷聚合物的合成及在纯棉梭织物上的洗可穿整理探讨一、 实验目的利用聚氨酯对硅氧烷进行改性，作用到棉梭织物上，使棉织物有更好的耐洗可穿性能。二、 实验路线与方案利用单因子和正交的实验方法，确定出最佳聚合反应的温度、反应时间；优选出最佳反应比例。本思路是利用羟基封端的聚二甲基硅氧烷与聚氨酯形成镶嵌共聚物，以硅氧烷为软段，聚氨酯为硬段，通过适当的配方和整理工艺，增加交联度，有利于回弹性提高，处理织物后，可调节织物的柔软、硬挺手感，能够大幅度提高织物的力学性能和耐磨性能，织物的弹性和耐洗性比较优异。所以共聚物中异氰酸酯含量的不同对共聚物的性能有着很大的影响，n(NCO)n(OH)比值的增大，共聚物的硬度、拉伸强度和撕裂强度也逐渐增大，而断裂伸长率逐渐减小。这是因为TDI分子是一种含有苯环的刚性大分子，结构较对称，能使硬段堆砌的更规整，而反应生成的氨基甲酸酯基，在使用温度区处于玻璃态或结晶态，不仅能赋予产物以刚度和硬度，而且能赋予共聚物较强的内聚力另外，随着n(NCO)n(OH)比值的增大，异氰酸酯量增加，软硬段间会形成更多的氢键，增强了软，硬相界面处的结合力，硬相能较容易的分布于软相中，起到物理交联点的作用，而断裂伸长率逐渐减小。（1）聚醚改性有机硅结构式:参数: 分子式： C84H206O43Si18 分子量： 2406外观： 浑浊液体 （25时）粘度： 200-500cst (25时)羟基成分： 1200 克当量活性成分： 100%HLB ： 8.7溶解性: 易溶于水（2）甲苯二异腈酸酯(TDI)结构式：2,4-甲苯二异腈酸酯 2,6-甲苯二异腈酸酯参数：分子式： C9H6N2O2外观： 无色透明至淡黄色液体,有刺激性气味; 遇光颜变深。分子量： 174.16相对密度： 1.220.01(25)。凝固点： 3.55.5 (TDI-65); 11.513.5(TDI-80); 19.521.5（TDI-80）沸点： 251闪点： 132(闭杯)蒸气密度： 6.0蒸气压 ： 0.13kPa(0.01mmHg20)溶解性： 不溶于水； 溶于丙酮、乙酸乙酯和甲苯等。容易与包含有活泼氢原子的化合物：胺、水、醇、酸、碱发生反应，特别是与氢氧化钠和叔胺发生难以控制反应，并放出大量热。贮存 ： 充氩气或氮气等密封阴凉干燥避光保存 (3) 有机溶剂：酮类、醚类、酯类和醇类等常见的有机溶剂，例如：甲苯，二甲苯，丙酮，甲乙酮，二甲基甲酰胺、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯等。丙酮：结构式： 外观： 无色透明易流动液体，有芳香气味，极易挥发。熔点： -94.6相对密度： 0.80 沸点： 56.5溶解性： 与水混溶，可混溶于乙醇、乙醚、氯仿、油类、烃类等多数有机溶剂。（4）正丁二胺：结构式：参数：分子式： C8H19N分子量： 129.2外观： 无色透明液体沸点密度 159.6密度 0.767 反应原理：主要是利用聚醚改性有机硅主链的两端上（-OH）功能基团与（-NCO）官能团发生亲核加成反应： 将亚硫酸氢钠封端的聚氨酯改性有机硅作用到棉织物上，-NCO与棉纤维上的-OH发生共价交联，从而两者间产生牢固的结合，可以减少氢键拆散导致不能立即恢复的形变，使纤维形变的恢复力得以提高，因此可以使织物达到耐洗抗皱的目的。三、实验步骤1.硅烷封端的聚氨酯性有机硅制备：a 实验装置：装置配有搅拌器，温度计，氮气导管，冷凝管的四口烧瓶；电子天平；玻璃棒；烧杯；药匙；分光光度计b 实验操作：1）称取适量的聚醚改性硅油(110,干燥4h)，将聚醚改性硅油溶解加入在装置有温度计、搅拌器和回流冷凝管的四颈瓶中，开启搅拌器进行搅拌，一段时间后，在室温下称取一定量的TDI，将二者混合均匀；同时向四颈瓶通入氮气并缓慢加热,数小时后，得到聚氨酯改性有机硅预聚体。（此时根据-NCO的理论值为标准）2）加入一定量的扩链剂乙醇，一段时间后，在室温下，加入亚硫酸氢钠封端，其中亚硫酸氢钠与NCO%含量达到理论封端点NCO%含量时NCO%的摩尔量之比是1:1，控制温度50，反应时间45min.滴定法测定反应体系中NCO%含量小于1%。 （异腈酸根摩尔量-羟基摩尔量）42理论上端点自由NCO%=100% 二异腈酸酯的质量+聚醚硅氧烷质量第一步将二异氰酸酯与聚醚改性有机硅油进行反应；第二步是亚硫酸氢钠对异腈酸酯基团封端。第一步的合成效果将直接影响到下一步的进行，所以第一步的反应在整个合成实验中占有主要的地位。因此，在第一步合成中，综合考虑到对反应有影响的主要因素有：溶剂，甲苯二异腈酸酯与聚醚改性有机硅的比例，反应温度，反应时间。c 氮气：惰性气体的通入在聚合过程中，为防止空气中氧气的氧化作用，对产品性能和外观有不利的影响，故必须通入惰性气体排除反应系统中的氧气，一般采用氮气保护氮气在这个反应中的作用一个是保护气，防止聚合物氧化；另一个作用就是平衡反应器的压力；简言之，氮气的存在可以排出空气，保护反应，平衡压力。d -NCO测试：异氰酸酯基与二正定胺定量地进行反应，过量的二正丁胺用标准HCl滴定NCO+(C4H9)2NH NHCN(C4H9)2HCL+(C4H9)2NH (C4H9)2NHHCI1)仪器和试剂 实验所采用的仪器和试剂如下仪器：酸碱滴定管(容量2mL)、锥形称量瓶(容量250mL)。试剂和溶液：盐酸标准溶液(O1molL)，异丙醇，甲苯-二正丁胺溶液（0.5mol/L）：将6.462g新蒸馏过的二丁胺溶解于100ml的AR级甲苯中，贮于棕色广口瓶中备用。溴甲酚绿指示剂（0.1%的异丙醇溶液）：01g溴甲酚绿溶解于于100ml异丙醇中配置而成。2)试验方法 ：酸碱滴定法3). 测定步骤 ：在分析天平上精确称取x克的样品放入250ml容量瓶中，用移液管加入10-20ml甲苯溶解（可稍温热），溶解后加入配置好的二正丁胺溶液放置15-30min，并不断摇匀，然后加入50ml的异丙醇，滴加5滴溴甲酚绿指示剂，用0.1molL标准盐酸滴定至溶液由蓝色变为黄色为终点。结果计算如下：式中：V空白-空白试验消耗标准盐酸溶液的体积，mL；V0-样品消耗盐酸溶液的体积，mL；C-盐酸溶液的物质的量浓度，mol/L；M-样品质量，g；0042-1molNCO的质量，2 硅烷封端的聚醚改性有机硅的结构表征（1）红外光谱（IR）：红外光谱仪（2）核磁共振氢谱(1H-NMR)：核磁共振仪（3）扫描电镜3 原油粘度测试4 乳液配制将一定量的去离子水缓慢加入到聚合物中，同时高速搅拌乳化，减压脱去溶剂，加入去离子水（含固量25%），加50冰醋酸调节pH值至67。5 膜的制备取一定量的聚氨酯乳液均匀地倒入自制的聚四氟乙烯模板上，室温下风干成膜后，在50下烘24h，在90下烘3h，取出胶膜，放入干燥器中冷却、待测。6 膜的性能(1)胶膜吸水率称取质量为W1的膜，浸入去离子水中，浸泡24后取出，用滤纸揩去胶膜表面的液体，然后称其质量W2，吸水率按下式计算：吸水率()=(W2一W1)W1100(2)胶膜力学性能用模具将胶膜样品制成10mmx70mm的细长条，然后用螺旋测微器在每条样品中心位置取3个待测点测出其厚度，然后取平均值。将样品在恒温恒湿条件下(T=20。C，RH=70)下平衡24h后，在SH23电子万能材料试验机上测量，记录断裂时的负荷值和和绝对长度，样品夹持长度为30mm，拉伸速率250mmmin。按下面公式计算出膜的拉伸强度和断裂伸长率：拉伸强度(Mpa)=断裂负荷值(N)膜的厚度(mm)膜的宽度(mm)。断裂伸长率()=绝对长度(ram)夹持长度(mm)。7 整理剂理性测试（1）整理剂透光率测试采用UV-130A型分光光度计测定580nm波长的透光率。（2）整理剂粘度测试采用旋转粘度计法将旋转粘度计安装在固定支架上，校正水平，开启恒温槽。将试样倒入高型烧杯，放入恒温槽，在250.2下恒温至试样内气泡基本消失，方可进行测定。视试样粘度大小选用适当的转子及转速，将转子及保护架装在仪器上，调节转速旋钮至选用位置。升降仪器将转子浸入试样液中心，并使液面至转子液位标线上，维持仪器水平。开启电源，将转子在试液内旋转1min，将操纵杆压下钳住指针，同时关闭电源使指针停止在视线窗范围内，读出指示数值。维持试样温度不变，重复操作，以连续测定两次结果的算术平均值为试样的粘度，连续测定两次结果的差数不应大于其算术平均值的3。按下式计算粘度：=KX式中：v-为粘度值(Pas)；K-为系数(由仪器给定，根据转子号数与转速由附表查得)；X-为指针读数测定。(3) 整理剂密度测试量取体积为V的乳液，在电子天平上称其质量为M，则乳液密度为：=MV（4）乳液性能乳液液粒径采用LB550动态光散射纳米粒度仪测试乳液粒径。测试条件为25，恒温5min。乳液稳定性a.离心稳定性采用TGL16G型离心机，以3000转min速度离心，每隔5min、15min、30min、60min观察一次，记录管内样品的分层、结膜及试管壁上的各种现象。不分层、不漂油、不破乳属样品离心稳定性良好。观察乳液沉降情况。b耐电解质稳定性在100mL烧杯里加入lg样品，49mL 2的MgCl26H20溶液，放置。分别在4h和24h观察烧杯内乳液的稳定情况，如不漂油、不分层、不破乳表明品耐电解质稳定性良好。c耐酸稳定性在100mL烧杯里称取2g样品，然后加入48mL盐酸溶液(已调节pH值为3-4)，静止放置24h，观察杯内样品的稳定情况，并记录是否有漂油、破乳现象，如不漂油、不破乳表明样品耐酸稳定性良好。d耐碱稳定性在100mL烧杯里称取29样品，然后加入48g氢氧化钠溶液(已调至pH值为1112)，静止放置24h，观察杯内样品的稳定情况，并记录是否有漂油、乳等现象，如不漂油、不破乳表明样品耐碱稳定性良好。e耐硬水稳定性3g有机硅整理剂样品，加入97mL 2的CaCl2溶液，放置。分别4h和24h观察杯内样品的稳定性情况，如不漂油、不分层、不破乳表明样品耐硬水定性良好。f稀释稳定性将样品用水稀释至质量分数为5，放置24h，目测微乳外观，观察样品的分层、漂油、絮凝情况，如不分层、无絮凝、不漂油，则表明样品的稀释稳定性好。g 粘度测试乌式测试法测粘度7 整理剂作用到纯棉织物上（整理用量、焙烘温度、时间）配方：聚氨酯改性有机硅40g/L整理方法：织