有机硅柔软剂的制备工艺与流程

近年来,一次性生活用纸如纸手帕、餐巾纸、卫生纸及尿布纸等的消费日趋增大,同时对纸质的要求也越来越高,尤其对纸张柔软性提出了更高的要求,所以,生活用纸生产中使用柔软剂越来越受到重视,柔软剂新品种也不断出现[1-4]。本实验以硬脂酸和二乙烯三胺为原料,经酰胺化,再用环氧氯丙烷进行阳离子化制得新型反应型双酰胺类阳离子纸张柔软剂,由于分子中引入反应性基团环氧基,能与纤维发生键合反应,从而达到耐久性的目的,合成中通过改变环氧氯丙烷的用量,可得到一系列不同阳离子度的柔软剂,以草浆为原料进行抄纸实验,并对纸张进行柔软度、白度等性能进行测试,得出了该柔软剂的较佳使用条件。

1实验

1·1原料及仪器

原料:硬脂酸、二乙烯三胺(DETA)、环氧氯丙烷、对甲苯磺酸,以上均为分析纯;草浆,由咸阳市某造纸厂提供;冰乙酸、盐酸、1631(十六烷基三甲基氯化氨)、T-80(失水山梨醇聚氧乙烯醚)、OP-10(烷基酚聚氧乙烯醚),均为工业用表面活性剂。仪器:JJ-2组织捣碎匀浆机,ZQJ1-B纸样抄取机,TDL-40B型离心沉淀器。

1·2柔软剂的制备

在装有搅拌器和回流冷凝装置的三口烧瓶中,加入一定量的二乙烯三胺和硬脂酸以及少量催化剂对甲苯磺酸,在油浴中加热到140℃,保温脱水进行酰胺化反应,待体系无水脱出时,降温至110~115℃,用恒压滴液漏斗缓慢滴加一定量的环氧氯丙烷,回流反应2 h出料,冷却得到浅黄色块状产物。将制备的浅黄色块状物加热融化后,加入80℃的热水和乳化剂,在酸性条件下充分搅拌,得到一定固含量的柔软剂乳液。该柔软剂乳液外观为淡米黄色乳状液,固含量18%~20%,可以与水以任意比例互溶,1%水溶液的pH值为5~7。

1·3柔软剂乳液稳定性测试

称取25 g质量分数为5%的不同阳离子度的乳液,分别在高速离心机中以3000 r/min旋转20 min,倒掉上层清液,将剩余沉淀放入烘箱内,烘干后称量,计算乳液沉淀量,以沉淀量作为乳液稳定性的判断依据。

1·4纸张抄片实验

以碱法麦草浆为原料,按抄片定量60 g/m2称取适量的湿浆,加入200 mL水浸泡疏解,再分别加入不同阳离子度的柔软剂进行抄片,抄片后将纸样放入120℃的烘箱中熟化一定时间,取出冷却至室温,放入干燥器中静置24 h待用。

1·5结构与性能测定

用VECTOR-22傅里叶红外光谱仪(德国BRUK-ER公司产)对柔软剂产品进行红外光谱表征;用ZB-A型白度仪测定纸张的白度;用YQ-Z-39型柔软度仪测定纸张柔软度。

2结果与讨论

2·1反应原理

硬脂酸与二乙烯三胺的反应原理见反应式(1)。用环氧氯丙烷与反应式(1)中的产物反应,使其阳离子化,改变环氧氯丙烷的用量得到一系列不同阳离子度的柔软剂。

2·2红外光谱的表征

谱图中各谱带的归属:3300·20 cm-1为亚胺基的—NH—伸缩振动;2908·65 cm-1和2854·65 cm-1为甲基和亚甲基的伸缩振动峰;1735·94 cm-1为原料中没有完全反应的酯键伸缩振动;1637·56 cm-1为酰胺键中C O的伸缩振动;1556·55为N—H弯曲和C—N伸缩振动的组合吸收;1469·76 cm-1为甲基、亚甲基的反对称弯曲振动吸收频率;1267·23 cm-1为酰胺键中C—N与N—H的混合振动;958·62 cm-1为环氧端基的特征吸收;721·38 cm-1为亚胺基的—NH—平面摇摆振动[5]。

2·3阳离子度对乳液稳定性的影响

随着阳离子度升高,柔软剂乳液离心后沉淀量减少。原因是随着阳离子度的升高,柔软剂中作为乳化剂的亲水性物质含量升高,亲油性物质含量减少,因此乳液的稳定性上升。阳离子度为0·1的柔软剂乳液稳定效果较差,离心后沉淀量明显增多,不宜用作柔软剂。

2·4阳离子度对纸张柔软性的影响

柔软剂对纸张具有显著的柔软效果,而纸张柔软度随柔软剂阳离子度的变化没有明显的变化规律。未加柔软剂纸样的柔软度为897 mN,加入柔软剂后,柔软度在575~671 mN之间变化,柔软度最小的是阳离子度为0·6的纸样,其值为575 mN,即阳离子度为0·6的柔软剂柔软性效果最好。由于各种阳离子度的柔软剂都能很好地与纸纤维结合,柔软剂中疏水性基团可以在纤维表面形成疏水基向外的反向吸附,降低纤维物质的动、静摩擦因数,从而获得平滑柔软的手感。

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2·5不同乳化剂对柔软剂乳液的影响

该阳离子双酰胺类柔软剂为亲油性表面活性剂,必须借助乳化剂,才能在水中均匀分散,并与纸浆纤维发生吸附,从而发挥柔软剂的作用,为此选择合适的乳化剂非常必要。本实验分别用不同的乳化剂与阳离子度为0·6的柔软剂配制成系列柔软剂,并以1%的添加量(对绝干浆)抄纸,测定纸张的柔软性能。选择1631、OP-10、T-80作为乳化剂(它们都具有乳化性能好,泡沫低等优点)。乳化工艺:乳化剂用量占柔软剂绝干质量的10%,80℃下强力搅拌30 min,表1为不同乳化剂对柔软剂的乳化效果。

OP-10、T-80、1631对柔软剂的乳化效果均较好;所形成的乳液均匀、稳定。但乳化剂1631乳化后所得到的柔软剂具有更好的效果。可能由于乳化剂的加入在一定程度上影响到阳离子双酰胺类柔软剂对纸浆纤维的亲和力,致使疏水基向外侧排列的规整性有一定降低,从而影响到纤维动、静摩擦因数的降低。而1631本身对纤维就具备较好的柔软作用,可以和纤维发生静电吸附,用它乳化得到的阳离子双酰胺类柔软剂与纤维发生吸附时,1631中的长脂肪链可以与阳离子双酰胺类柔软剂中的长脂肪链形成较好的规整排列,即二者的疏水基可以形成整齐排列;纤维被长链脂肪烷基形成的膜所包覆,可明显降低纤维之间的相互摩擦。另外,1631还具有抗静电的作用,可以防止柔软剂和纤维发生吸附时其他离子的干扰。所以1631既可以起到乳化剂的作用,与阳离子双酰胺表面活性剂共同使用又具有良好的配伍性,协同作用更佳。

2·6柔软剂对纸张白度的影响

随着柔软剂阳离子度的增加,在提高纸张的柔软性能和蓬松性的同时,柔软剂对纸张白度也有一定的影响,阳离子度0·6的样品与空白样的白度相差3个白度单位,而且对白度影响的规律性较差,这可能是在柔软剂的合成过程中少量的二乙烯三胺被氧化的结果。所以,通过精确控制合成温度来减少产物氧化而导致有色物质的产生,可消除柔软剂对纸张白度的不利影响。

3结论

3·1以硬脂酸与二乙烯三胺为原料,在140℃脱水反应后用环氧氯丙烷于115℃下进行阳离子化,可得到带有反应性基团的新型双酰胺类阳离子纸张柔软剂。

3·2随着柔软剂合成中环氧氯丙烷用量的增加,柔软剂的阳离子度也升高,柔软剂乳液经过离心后凝胶沉淀量减少,乳液稳定性增加。

3·3以1631为乳化剂,加入量为10%时所得柔软剂乳液分散均匀、稳定,有利于柔软剂与纸张纤维发生较好的吸附,当该柔软剂的阳离子度0·6,柔软剂用量1%时,纸张的柔软度为575 mN。

参考文献

[1]杨秀芳.纸张柔软剂及其应用[J].中国造纸,2005,24(9):61.

[2]毛二林,沈一丁.阳离子双酰胺类纸张柔软剂的制备及应用[J].中国造纸学报,2007,22(1):72.

[3]郭飞鸽,李小瑞.纸张用氨基硅油柔软剂的制备及应用研究[J].中国造纸学报,2006,21(1):35.

[4]董炎明.高分子分析手册[M].北京:中国石化出版社,2004.

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