聚硅氧烷季铵盐整理剂的应用工艺研究(1)

1、 聚硅氧烷季铵盐整理剂的应用工艺研究学 院： 纺织与材料学院 班 级： 轻化工程12级03班 姓 名： 闫乐乐 学 号： 41201030317 指导老师： 习智华 摘要：本文介绍了聚硅氧烷季铵盐整理剂的理化性质，说明了聚硅氧烷季铵盐整理剂中的有效化学结构，阐述了纺织品多功能整理剂聚硅氧烷季铵盐使纺织品获得集柔软性、抗菌性、亲水性、抗静电性等优良性能于一体的抗菌整理功能的原理，通过对聚硅氧烷季铵盐整理剂工艺条件对织物应用性能的影响，确定棉织物的最佳整理工艺为：纺织品准备浸轧整理液（20g/L，45，轧液率75%）预烘（80，3min）焙烘（120，120s）。关键词：抗菌整理剂 聚硅氧烷季铵盐

2、 性能 工艺 纯棉织物1. 背景：这些年来，随着人们物质生活水平的不断提高，人们越来越追求织物的安全舒适性、以及抗菌抑菌环保性。众所周知，我们平时穿的衣服上，或者是所接触到的纺织品上总是存在着各种各样的的微生物，虽然大多数微生物是非致病的，但是在人体皮肤的汗液、代谢细胞废屑以及皮脂的滋养下，会大量繁殖，从而对人体皮肤产生不良的刺激，再加上细菌代谢分解产生的臭味，更容易让人感到异常不适，甚至更严重的时候会引发皮肤病、传染病，从而影响人们的日常生活。因此，纺织品的抗菌抑菌整理工艺技术的研究以及抗菌抑菌整理剂的研发显得尤为重要，也迫在眉睫。无机型、双胍型、季铵盐型以及有机硅季铵盐类是我们常用在纺织品

3、整理中的抗菌整理剂。一般的季铵盐型抗菌整理剂因为他的化学活性偏低，在抗菌整理过程中通常以游离态存在的，将其应用在纺织品上的时候也是溶出型的，整理剂容易被洗除，抗菌效果的持久性较差，并且在穿着的过程中容易富集在人体表面，再加之它较大的刺激性和毒性，如果长期使用，会产生病变。然而有机硅季铵盐类抗菌整理剂却能有效的避免上述问题的发生，因为属于非溶出型的抗菌整理剂，它是有机硅通过改性后的产品，是集有机硅赋予织物柔软、滑顺、抗静电等的优良性能和季铵基团的杀菌特性于一体的新型的阳离子型表面活性剂。它凭借自己优良的抗菌效果及持久抗菌性，具有很大的应用空间，同时它还有很广泛的应用范围，能有效地抑制革兰氏阴（阳

4、）性菌，酵母菌以及真菌，再加上通过聚硅氧烷抗菌整理剂处理过的织物，能使织物获得良好的柔软手感，因此聚硅氧烷季铵盐抗菌整理剂处理织物时不仅获得了我们需要的抗菌效果，同时还能赋予织物良好的柔软效果。2. 聚硅氧烷季铵盐的简介2.1 季铵盐季铵盐的结构一般如下所示: 式中阳离子部分的R到R3代表烃基，这四个烃基可以是烷烃、烯烃、芳香烃、芳杂环烃基，它们可以相同，也可以不同，烷烃和烯烃基团上还有带有-OH、-NH2、-COOH等基团，Z-则代表的是卤素离子或者NO3-、HSO4-等离子，常见的是Cl-。季铵盐与伯、仲、叔胺盐不同，它与碱作用得到的不是游离胺，而是含有季铵碱的平衡混合物，其电离常数接近氢

5、氧化钠等无机强碱，其反应方程式如下所示： 季铵盐属于阳离子型面活性剂，水溶性良好，随着碳链长度的增加，其水溶性下降。有机硅季铵盐中碳原子数低于14时季铵盐易溶于水，碳原子数高于14时季铵盐难溶于水。单长链烷基季铵盐溶于极性有机溶剂，不溶于非极性有机溶剂；双长链烷基季铵盐几乎不溶于水，溶于非极性有机溶剂。如果季铵盐的烷基链中含有不饱和双键，能够增加其溶解性。2.2 聚硅氧烷季铵盐聚硅氧烷季铵盐是一种新型的阳离子表面活性剂，它的结构通式如下：Si、O原子交替组成的稳定骨架构成了聚硅氧烷季铵盐的主链，其中在Si原子连接一些有机烃的线型聚合物。聚硅氧烷季铵盐抗菌效果持久，且抗菌范围广泛，耐洗性良好，将

6、其整理在织物上，织物能够有效地抑制革兰氏阴/阳性菌、酵母菌以及真菌。有机硅季铵盐作为季铵盐的一种,它具有季铵盐的一些特性，同时它也属于有机硅类表面活性剂，有机硅表面活性剂有着很宽的HLB平衡值，通过改变亲水基团的数量、长短、位置和离子类型，可以制成一系列不同浊点的表面活性剂，而且它们有活性基团，特别是含有羧基、环氧基、甲氧基等，使聚硅氧烷季铵盐具有较好的亲水性。一般情况下，烷烃链构成了表面活性剂的疏水基团，但是有机硅类表面活性剂的疏水基却是由聚合度适中的(2000以下)硅氧烷链组成的，有机硅聚合物侧链上连有的基团如甲基、苯基、乙烯基等基团。若在上述分子结构中引入氨烃基，甲基丙烯酰氧丙基、腈基、

7、甜菜碱基、磺酸盐基、磷酸盐基等，可制成各具特殊性能的有机硅表面活性剂，使它既有有机物的特性同时兼有无机物的特性。有机硅表面活性剂的独特之处还在于聚二甲基硅氧烷疏水基有许多优良的性能，如低表面张力，优良的粘温特性，柔顺性和在极性表面易铺展性以及良好的疏水性和适合在较宽的温度范围下的使用性能等。聚硅氧烷季铵盐因其特殊的分子结构及优良的应用性能，有着广阔的应用前景和发展潜力。3. 聚硅氧烷季铵盐的作用机理聚硅氧烷季铵盐类抗菌整理剂是将具有杀菌性能的阳离子基团引入硅氧烷侧链上，从而制得的一种集柔软性、抗菌性、亲水性、抗静电性等优良性能于一体的抗菌整理剂，这种抗菌整理剂属于非溶出型的抗菌整理剂，具有良好

8、的抗菌持久性，而且在使用过程中不需要添加反应性的树脂，整理后织物上也不存在抗药性的问题和织物抗菌失效的问题，聚硅氧烷季铵盐安全可靠，是一种比较理想的抗菌整理剂。美国道康宁公司开发的DC-5700是一类非溶出型抗菌整理剂，它抗菌效果持久优异，下面以它为例来说明有机硅季铵盐类抗菌剂的作用机理和杀菌机理。3.1 作用机理DC-5700的化学结构式如公式(1-1)所示，左端的三甲氧基硅烷基具有硅烷偶合性，当用水稀释DC-5700时，发生水解反应，如公式(1-2)，并生成硅醇基，此硅醇基与织物表面和彼此之间发生脱水缩合反应，从而使DC-5700以共价键牢固地结合在织物表面，如图1所示。图1 DC-570

9、0 共价键结合模式DC-5700与纤维表面不仅以牢固的共价键形式结合，而且侧链的阳离子基团RN还与纤维表面上的负电荷相吸引，形成离子结合，即静电结合，还有 DC-5700彼此间的脱水缩合反应即在彼此纤维表面上形成了坚固的覆膜。如图2所示。图2 DC-5700 静电结合模式DC-5700在织物表面以共价键和静电两种形式结合，形成了牢固的、耐久性的、优越的“Biosil”抗微生物表面膜。如图3、图4所示。图3 DC-5700 结合模式 图4 DC-5700 杀菌模式3.2 杀菌机理我们知道细菌也是由细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核组成。细胞壁和细胞膜的主要成分是磷脂双分子层，表面带有负电荷。细菌在中

10、性或弱碱性介质中比较容易生存繁衍，当用有机硅整理剂处理过的织物接触到细菌时，织物上所带的阳离子就会对带负电和的细菌产生吸引，使细菌无法自由活动，细菌的呼吸机能也在一定程度上受抑制，使细菌无法正常生存与繁衍，从而达到抑菌、杀菌的作用，这时候我们说细菌发生了“接触死亡”。另外，细菌的细胞壁、细胞膜上的负电荷会在静电场的作用下发生迁移从而使细胞壁、细胞膜上的负电荷分布不均匀而产生变形、破裂，细胞内的细胞质、蛋白质及一些遗传物质渗出，此时细菌出现“细菌溶体”现象而死亡，如图4所示，又由于季铵盐具有高度表面活性作用（界面活性），容易粘附在微生物的表面，与蛋白质、磷脂结合，损伤细菌细胞膜，改变细胞膜的通透

11、性，或使细胞膜破裂，水解酶游离而发生自体溶解；低浓度溶液可使细菌蛋白变性，抑制微生物的新陈代谢，高浓度时则使蛋白沉淀，使细菌必要的酶破坏而死，将细菌杀死。并且有机硅季铵盐对病毒体内的结构具有严重的破坏作用，体内结构受损病毒即死亡从而体现了有机硅季铵盐良好的“杀毒”功效。但是仅对有胞膜的病毒有杀灭作用，主要因为该抗菌剂只有作用于胞膜将其破坏才能将病毒杀灭。基于目前对杀菌整理剂杀菌机理的研究情况，认为小分子量的季铵盐杀菌过程可以分为六步：（1）季铵盐吸附到菌体表面；（2）季铵盐穿透细胞壁；（3）季铵盐与细胞膜结合；（4）季铵盐扰乱细胞膜组成；（5）细胞膜内的物质泄漏，如K+，DNA，RNA等；（6

12、）细菌死亡。无论是有机硅季铵盐还是其他基团的季铵盐其抗菌模式基本上都与DC-5700相同，它们对革兰氏阴/阳性菌都有较强的抗菌效果，并且性质稳定，抗菌效果比较持久。4. 聚硅氧烷季铵盐在纺织领域的应用聚硅氧烷季铵盐属于阳离子表面活性剂，而且是新兴发展起来的，在织物整理过程中将其作为柔软抗菌整理剂使用，赋予织物良好的吸湿排汗性、柔软平滑性以及抗静电性等特种功能。聚硅氧烷季铵盐作为抗菌防霉卫生整理剂在纺织品整理中的应用非常广泛，它不仅仅被应用在日常的衣帽鞋袜、床单被罩、窗帘垫子、卫生巾纸尿布的抗菌卫生整理中，还被广泛应用在医疗卫生方面，如医院医务人员的医疗器械、纱布的抗菌整理，伤员的衣物抗菌整理都

13、在用聚硅氧烷季铵盐进行抗菌整理。经抗菌整理剂处理的这些织物及纺织品不仅有优异的杀菌效果而且耐水洗性能良好，同时它无毒、无刺激，完全符合人体安全性要求。另外还可以用作杀菌液。将聚硅氧烷季铵盐整理剂配制成0.110mg/L的稀溶液，放在洗浴盆里，可以使人放心洗浴，有效杀死细菌，这也将成为比较有应用前景的小包装、便携式差旅卫生保健品。聚硅氧烷季铵盐的正电中心+离子处于外侧，不仅仅可以导电，赋予纺织品明显的抗静电作用；而且还可以吸附带有负电荷的细菌，赋予织物显著地抗菌性能。含有氨基的有机硅季铵盐是具有天然柔软性的有机硅氨基聚硅氧烷季铵化所得，所以经含有氨基的有机硅季铵盐处理后的织物和纺织品不仅有优异的

14、抗菌性、抗静电性，而且手感柔软，可以兼做柔软剂；聚醚基有机硅季铵盐是醚基聚硅氧烷季铵化所值得的，它既能溶于水又与阴离子型表面活性剂有很好的配伍性，可以在很大程度生增加材料的表面活性，所以经其整理的织物和纺织品，除了具有抗菌性外，还有良好的亲水性，它可以兼做亲水剂。在皮革、无纺布、聚氨酯、橡胶、人造纤维、合成纤维中适当添加聚硅氧烷季铵盐，虽然成本增加不多，但是防霉抗菌效果却大大加强。而且用聚硅氧烷季铵盐整理过的渔网能够耐得住海水的腐蚀，海风的侵袭，这主要是因为聚硅氧烷季铵盐能在织物表面形成一层结实的薄膜，能够有效地提高织物的抗撕裂、耐摩擦性能。5. 聚硅氧烷季铵盐整理剂的应用工艺研究通过聚硅氧烷

15、季铵盐整理剂用量、整理液浴比、整理液pH、轧余率、浸渍温度、焙烘温度等对织物应用性能的影响的分析，我们可得出聚硅氧烷季铵盐整理剂整理的工艺为：纺织品准备浸轧整理液（20g/L，45，轧液率75%）预烘（80，3min）焙烘（120，120s）。6. 结论本文介绍了聚硅氧烷季铵盐整理剂的理化性质，说明了聚硅氧烷季铵盐整理剂中的有效化学结构，阐述了纺织品多功能整理剂聚硅氧烷季铵盐使纺织品获得集柔软性、抗菌性、亲水性、抗静电性等优良性能于一体的抗菌整理功能的原理，通过对聚硅氧烷季铵盐整理剂工艺条件对织物应用性能的影响，确定棉织物的最佳整理工艺为：纺织品准备浸轧整理液（20g/L，45，轧液率75%）

16、预烘（80，3min）焙烘（120，120s）。通过本人的查询与知识的有限储备，本文不足之处还是有很多，有机会再继续探讨。参考文献1张媛霞，袁素兰，阮洪芬.氨基硅油中氨中和值及中间产物环氧值、含率量的测定J.有机硅材料及应用，1995，(5):23252郭登峰,郭腊梅.壳聚糖-银复合抗菌整理剂及对棉非织造布的抗菌整理J.印染助剂,2007,24(8):3842.3李宗石，刘平芹，徐明新编，表面活性剂合成与工艺M，北京，中国轻工业出版社，1995，242246，248250.4李俊英,冯圣玉,李天铎.聚硅氧烷季铵盐抗菌整理剂的合成及应用,日用化学工业,2003年8月,33(4):2495 Johnson B, KennaIl J,Lin F. silicon based qIlatemary ammoniumfunctional compositions and their applications:W003035765P,2003-01,05.6蔡翔，苏开第，新型抗菌整理剂CL的合成J，毛纺科技，2000，28（5），46.7夏金兰，王春，刘新星，抗菌剂及抗菌机理J，中南大学学报（自然科学版），2004，35（1），3138.8崔淑玲，赵立环，季铵盐在纺织加工中的应用J，印染助剂，