CN102898652B

CN102898652B - 有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂制备方法

Info

Publication number: CN102898652B
Application number: CN201210320388.4A
Authority: CN
Inventors: 周安安
Original assignee: JIANGSU CHUANGJI RENEWABLE ENERGY CO Ltd
Current assignee: ZHEJIANG CHANGE ORGANIC SILICON MATERIAL CO., LTD.
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2032-08-31
Also published as: CN102898652A

Abstract

本发明属化工技术领域，具体涉及一种有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂制备方法，本发明的制备方法首先采取阴离子开环聚合工艺合成高反应性的硅油、专用交联剂、触变特性超高分子量硅油；再将高反应性的硅油、专用交联剂与触变特性超高分子量硅油进行“分子渗透融化”，合成一种有机硅涂层剂基胶；最后采用高能分散设备，强剪切条件下，将纳米中空二氧化硅微球和聚合物中空微球均匀地包裹进有机硅涂层剂基胶中，即获得一种有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂。本发明制备的涂层剂可赋予涂覆后的织物涂层良好的松脆手感和油滑感，同时在不影响织物柔软舒适的前提下显著提高织物涂层的强度、耐静水压和防水透湿性能。

Description

有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂制备方法

技术领域

本发明属于化工技术领域，涉及一种改性有机硅织物涂层剂及其制备方法，具体涉及一种有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展及生活水平的提高，人们对生活质量的要求越来越高。纺织品已经从遮体御寒的基本功能延伸到美观、舒适、保护、时尚等功能，各种智能化、功能化纺织品得到广泛关注与发展。

最近几年，功能性纺织品发展异常迅猛，主要表现在气候适应功能（如温度保持、防水透湿及防风拒水等），防护功能（阻燃、抗静电、隔热、辐射防护等），卫生保健与医疗功能（如抗菌、防污、保健与皮肤护理等）和运动休闲功能（如柔软、弹性、吸湿散热等），而其中织物涂层整理是纺织后整理中新发展起来的加工技术，主要是在织物表面均匀地涂上一层能形成薄膜的高分子化合物，由于能赋予织物各种功能，又能赋予织物独特的风格手感和外观，从而大大提高织物的附加值，其整理效果远超传统印染整理。涂层整理的具体优点有：

①相对印染后整理浸轧工艺，涂层整理只在表面进行，可节约材料;

②不用水洗，节约能源与用水，基本无污水排放，环保;

③基布要求低，低档和价廉织物经涂层加工，可制得高档产品，利润高;

④涂层织物品种繁多，可满足日益变化的市场需要。

因此，织物涂层整理是国际上纺织工业的发展方向，相应的涂层剂产品也层出不穷，产量比例逐年快速增加。我国是纺织出口大国，自从上世纪90年代大量引入涂层设备开始，涂层整理发展非常迅速，据统计，目前我国涂层纺织产品已占纺织总产量的40%以上，涂层使用的涂层剂以重量计已达到纺织印染助剂总量的50%左右，年产值200亿元人民币以上，且每年仍以10-15%的速度递增。

织物涂层整理经过多年的发展，已非常清晰地形成2大发展趋势：

风格型涂层，被人体感观直接评价的性能特征，如手感、触感、色彩等；

功能型涂层，防水性、透湿性、阻燃性、抗紫外线等功能。

而目前使用的织物涂层剂主要分为聚丙烯酸酯、聚氨酯和有机硅等几大类，聚丙烯酸酯和聚氨酯类织物涂层剂虽然用途广泛，但也存在透湿透气性差、表面光洁度差、手感难以调节适度等缺点，难以满足高档织物涂层整理的发展需求；有机硅类织物涂层剂虽然表面能低、耐高温，经其处理后的织物爽滑、柔软、透湿透气性佳，但与织物的粘着力低，耐水洗性差。开发新型高效、绿色环保、操作工艺简单和物美价廉的高档织物用有机硅织物涂层剂仍然是当前研究的热点。

发明内容

本发明所要解决的问题在于克服现有技术的缺陷，采用纳米中空二氧化硅微球和聚合物中空微球对有机硅涂层剂进行包覆改性，进而制备出综合性能优异的高档织物用有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂。

本发明提出的一种有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂的制备方法，包括如下步骤：

(1) 向反应釜中依次加入100~300重量份的环硅氧烷、80~200重量份的反应性单体和0.3~3重量份的催化剂，氮气保护下将温度升至140~160 ^o C，恒温反应2-8 h后，降压蒸馏脱除水后，即得一种透明油状的高反应性硅油；

(2) 在装有搅拌器、温度计、冷凝管的反应釜中依次加入100~300重量份的环硅氧烷、0.1~20重量份的三官能团硅烷、0.1~1重量份的单官能团硅烷和0.3~3重量份的催化剂，氮气保护下将温度升至150~190 ^o C，恒温反应2-8 h后，降压蒸馏脱除水后，即得一种透明油状的触变特性超高分子量硅油，其分子量为50~400万；

(3) 装有搅拌器、温度计、冷凝管的反应釜中依次加入100~300重量份的环硅氧烷、100~300重量份的含氢硅油和10~50重量份的固体催化剂，氮气保护下将温度升至30~60 ^o C，恒温反应2-8 h后，滤掉阳离子交换树脂，常压蒸去溶剂，再升温至190~220 ^o C，降压蒸馏脱除水后，冷却至室温，加入活性炭并搅拌均匀，然后过滤，即得一种专用交联剂；

(4) 在装有搅拌器、温度计、冷凝管的反应釜中依次加入50~150重量份的步骤（1）中高反应性硅油、50~150重量份的步骤（2）中触变特性超高分子量硅油、0.5~5重量份的步骤（3）中专用交联剂和50~350重量份的有机溶剂，氮气保护下将温度升至140~160 ^o C，恒温反应2-8 h后，降压蒸馏脱除水后，即得一种透明油状的有机硅涂层剂基胶；

(5) 在强剪切条件下，将5~25重量份的纳米中空二氧化硅微球和5~25重量份的聚合物中空微球加入100~300重量份的步骤(4)中有机硅涂层剂基胶中，充分搅拌后，即获得一种有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂。

优选地，所述环硅氧烷选自六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷中一种或两种以上的混合物；所述催化剂选自四甲基氢氧化铵、氢氧化钾中的一种或两种以上的混合物。

优选地，所述步骤(1)中反应性单体选自三甲基三乙烯基环三硅氧烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、五甲基五乙烯基环五硅氧烷、六甲基六乙烯基环六硅氧烷中一种或两种以上的混合物。

优选地，所述步骤(2)中三官能团硅烷选自甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、氯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或两种以上的混合物；所述步骤(2)中单官能团硅烷选自三甲基甲氧基硅烷、三乙基甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、三乙基乙氧基硅烷、三甲基一氯硅烷、三甲基一溴硅烷或三甲基一碘硅烷中的一种或两种以上的混合物。

优选地，所述步骤(3)中固体催化剂选自阳离子交换树脂、负载型固体酸催化剂、酸性白土、沸石分子筛、杂多酸、固体超强酸中的一种或两种以上的混合物。

优选地，所述步骤(4)中所述有机溶剂选自汽油、甲苯、二甲苯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、甲乙酮等中的一种或两种以上的混合物

优选地，所述步骤(5)中纳米中空二氧化硅微球为内外表面均带有羟基基团的纳米中空二氧化硅微球，其中空部分是空气，微球尺寸为25～250 nm；所述步骤(5)中聚合物中空微球，其中空部分是气体，微球尺寸为50~500 nm，聚合物材料是聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑、聚乙烯咪唑、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯吡啶、聚丙烯腈、聚乙烯醇和聚醋酸乙烯酯中的一种或两种以上的混合物。

本发明的第二方面，保护一种前述方法制备得到的有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂。

本发明提出的有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂的制备方法，该制备方法采取阴离子开环聚合工艺制备高反应性的硅油、专用交联剂、触变特性超高分子量硅油；再将上述高反应性的硅油、触变特性超高分子量硅油和专用交联剂进行“分子渗透融化”，获得一种有机硅涂层剂基胶；最后采用高能分散设备，在强剪切条件下，将纳米中空二氧化硅微球和聚合物中空微球均匀地包裹进有机硅涂层剂基胶中，即获得一种有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂。该方法采用纳米中空二氧化硅微球和聚合物中空微球对有机硅涂层剂基胶进行包覆改性，可赋予涂覆后的织物涂层极优异的松脆手感和油滑感，而且在不影响织物柔软舒适的前提下极大提高织物涂层的强度、耐静水压和防水透湿性能。

本发明的优点是：①本发明的一种有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂的制备方法，绿色环保、操作工艺简单方便、产品质量高、投入产出比高等、成本低廉和应用前景广泛等优点，工业化应用前景广阔。②与普通织物涂层剂相比，利用本发明制备的有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂产品兼具风格化与功能化特色，不但在涂层强度及松脆手感等关键风格化性能指标上有本质的提高，同时在防水性、透湿性、阻燃性、抗紫外线等关键功能化性能指标也有明显的优势。③利用本发明制备的产品是新一代绿色环保高性能织物涂层剂产品，满足高档织物涂层整理的发展需求，可广泛应用于航海服、滑雪衫、防护服等高档织物的涂层整理剂。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1是高反应性硅油的制备流程图。

图2是触变特性超高分子量硅油的制备流程图。

图3是专用交联剂的制备流程图。

图4是有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂的制备流程图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

下面结合实施例详细说明本发明，应当理解，此处所描述的举例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

在装有搅拌器、温度计、冷凝管的反应釜中依次加入200 g二甲基环硅氧烷混合物、120 g四甲基四乙烯基环四硅氧烷和0.9 g氢氧化钾，氮气保护下将温度升至150 ^o C，恒温反应3 h后，降压蒸馏脱除小分子水后，即得一种透明油状的高反应性硅油。

在装有搅拌器、温度计、冷凝管的反应釜中依次加入200 g二甲基环硅氧烷混合物、8 g烯丙基三甲氧基硅烷、0.5 g三甲基乙氧基硅烷和0.8 g氢氧化钾，氮气保护下将温度升至180 ^o C，恒温反应4 h后，降压蒸馏脱除小分子水后，得一种透明油状的触变特性超高分子量硅油，其分子量为80万。

装有搅拌器、温度计、冷凝管的反应釜中依次加入200 g二甲基环硅氧烷混合物、120 g含氢硅油和15 g阳离子交换树脂，氮气保护下将温度升至45 ^o C，恒温反应4 h后，滤掉阳离子交换树脂，常压蒸去溶剂，再逐步升温至205 ^o C，降压蒸馏除去水后，冷却至室温，加入活性炭并搅拌均匀，然后过滤，即得一种专用交联剂。

在装有搅拌器、温度计、冷凝管的反应釜中依次加入100 g上述高反应性硅油、100 g触变特性超高分子量硅油、1.25 g专用交联剂和250 mL甲苯，氮气保护下将温度升至150 ^o C，恒温反应5 h后，降压蒸馏脱除水后，即得一种透明油状的有机硅涂层剂基胶。

在强剪切条件下，125 g上述有机硅涂层剂基胶中，加入5.0 g平均尺寸为50 nm的纳米中空二氧化硅微球和5.0 g平均尺寸为125 nm的聚甲基丙烯酸甲酯中空微球，充分搅拌后，获得一种有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂。

实施例2

与实施例1相同，但是步骤(4)高反应性硅油用量由100 g变为120 g，触变特性超高分子量硅油的用量由100 g变为80 g，其他不变。

实施例3

与实施例1相同，但是步骤(4)高反应性硅油用量由100 g变为80 g，触变特性超高分子量硅油的用量由100 g变为120 g，其他不变。

实施例4

与实施例1相同，但是步骤(5)纳米中空二氧化硅微球的用量由5.0 g变为2.5 g，聚甲基丙烯酸甲酯中空微球的用量由5.0 g变为7.5 g，其他不变。

实施例5

与实施例1相同，但是步骤(5)纳米中空二氧化硅微球的用量由5.0 g变为7.5 g，聚甲基丙烯酸甲酯中空微球的用量由5.0 g变为2.5 g，其他不变。

实施例6(未纳米改性对照)

与实施例1相同，但是步骤(4)纳米中空二氧化硅微球的用量由5.0 g变为0 g，聚甲基丙烯酸甲酯中空微球的用量由5.0 g变为0 g，其他不变。

表1、表2分别为本发明的有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂的主要性能指标，和本发明产品与行业知名HX公司产品的主要性能比较。

表1 有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂的主要性能指标

采用纯棉毛坯布（600D╳600D，300g/m²，门幅150cm）为基准测定上述数据

表2 有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂与HX公司产品的主要性能比较

采用纯棉毛坯布（600D╳600D，300g/m2，门幅150cm）为基准测定上述数据

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)向反应釜中依次加入100～300重量份的环硅氧烷、80～200重量份的反应性单体和0.3～3重量份的催化剂，氮气保护下搅拌均匀将温度升至140～160℃，恒温反应2-8h后，降压蒸馏脱除水后，即得一种透明油状的高反应性硅油；

(2)向另一反应釜中依次加入100～300重量份的环硅氧烷、0.1～20重量份的三官能团硅烷、0.1～1重量份的单官能团硅烷和0.3～3重量份的催化剂，氮气保护下搅拌均匀将温度升至150～190℃，恒温反应2-8h后，降压蒸馏脱除水后，即得一种透明油状的触变特性超高分子量硅油，其分子量为50～400万；

(3)向又一反应釜中依次加入100～300重量份的环硅氧烷、100～300重量份的含氢硅油和10～50重量份的固体催化剂，氮气保护下搅拌均匀将温度升至30～60℃，恒温反应2-8h后，滤掉固体催化剂，常压蒸去溶剂，再升温至190～220℃，降压蒸馏脱除水后，冷却至室温，加入活性炭并搅拌均匀，然后过滤，即得一种专用交联剂；

(4)向又一反应釜中依次加入50～150重量份的步骤（1）中高反应性硅油、50～150重量份的步骤（2）中触变特性超高分子量硅油、0.5～5重量份的步骤（3）中专用交联剂和50～350重量份的有机溶剂，氮气保护下搅拌均匀将温度升至140～160℃，恒温反应2-8h后，降压蒸馏脱除水后，即得一种透明油状的有机硅涂层剂基胶；

(5)在强剪切条件下，将5～25重量份的纳米中空二氧化硅微球和5～25重量份的聚合物中空微球加入100～300重量份的步骤(4)中有机硅涂层剂基胶中，充分搅拌后，即获得一种有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂；

所述步骤(1)中反应性单体选自三甲基三乙烯基环三硅氧烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、五甲基五乙烯基环五硅氧烷、六甲基六乙烯基环六硅氧烷中一种或两种以上的混合物。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)、(2)、（3）中环硅氧烷选自六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷中一种或两种以上的混合物。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中三官能团硅烷选自甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、氯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或两种以上的混合物；所述步骤(2)中单官能团硅烷选自三甲基甲氧基硅烷、三乙基甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、三乙基乙氧基硅烷、三甲基一氯硅烷、三甲基一溴硅烷或三甲基一碘硅烷中的一种或两种以上的混合物。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)、(2)中的催化剂选自四甲基氢氧化铵、氢氧化钾中的一种或两种以上的混合物。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中固体催化剂选自阳离子交换树脂、负载型固体酸催化剂、酸性白土、沸石分子筛、杂多酸、固体超强酸中的一种或两种以上的混合物。

6.根据权利要求1所述的有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中所述有机溶剂选自汽油、甲苯、二甲苯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、甲乙酮等中的一种或两种以上的混合物。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中纳米中空二氧化硅微球为内外表面均带有羟基基团的纳米中空二氧化硅微球，其中空部分是空气，微球粒径为25～250nm；所述步骤(5)中聚合物中空微球，其中空部分是气体，微球粒径为50～500nm，聚合物材料是聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑、聚乙烯咪唑、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯吡啶、聚丙烯腈、聚乙烯醇和聚醋酸乙烯酯中的一种或两种以上的混合物。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的方法制备得到的有机/无机纳米功能粒子改性有机硅织物涂层剂。