工艺控制对含氢硅油调聚反应的粘度变化影响

工艺控制对含氢硅油调聚反应的粘度变化影响 安靖东，饶红艳 (科隆精细化工股份有限公司) 随着生活水平的提高，人们对纺织品的要求也越来越高。不仅要求纺织品耐磨、耐褶皱、洗后不需 熨烫。而且要求手感柔软、丰满、舒适、滑爽。改性有机硅柔软剂是20世纪70年代后期发展起来的 新一代有机硅柔软剂。按改性基团可以分为氨基、聚醚、羧基、环氧基、巯基和其他复合基团改性 硅油。改性有机硅柔软剂具有优良的性能，其特点是将聚二甲基硅氧烷侧链或端基的部分甲基置换成各 种改性基团，可赋予织物挺括、柔软、滑爽而丰满的手感，并具有很好的透气、表面光泽、耐摩擦、穿 着舒适等特性。含氢硅油是生产有机硅柔软剂的重要中间原料。其质量的好坏将直接影响柔软剂对织物 整理的效果。这是因为含氢硅油分子中活泼的si—H键易于发生化学反应，可用于制备多种有机硅 衍生物，用途非常广泛。其本身可用于天然及合成纤维织物、丝绸、皮革的防水剂和柔软剂，纸张的 防水剂等。含氢硅油可以用多种方法合成制备，包括：利用卤代硅烷合成；八甲基环四硅氧烷(D4)与四 甲基环四硅氧烷(D4--H)进行开环共聚；以及高含氢硅油调聚法高含氢硅油调聚法。其中最后一种合 成方法， 由于工艺简单，反应条件温和广泛的应用在工业生产上。高含氢硅油调聚法是利用三甲基封 端的高含氢硅油和八甲基环四硅氧烷(D4)在酸催化下进行调聚反应以生产合适氢含量的硅油。调聚 反应的反应进程可以用化学分析方法以及红外光谱的方法来分析硅油氢含量以跟踪反应进程。不过这 两种方法都有一定局限性，化学分析方法受限于操作速度，不是非常适合于作为中控分析手段； 而红 外光谱由于设备昂贵，很少用于实际工业生产中。在实验中，我们发现在含氢硅油调聚过程中，体系粘 度通常会发生明显的变化。在本文中，研究了工艺控制对含氢硅油调聚的粘度变化的一些影响因素，以 探讨用粘度变化作为中控辅助手段的可行性。 1 实验方法 1．1所需要的原料和设备 本实验所需要的主要原料包括： 含氢硅油(含氢量1．5％)，工业品； 八甲基环四硅氧烷(D4)，工业，含量≥95％； 浓硫酸，98％，分析纯。 实验所需要的主要仪器设备有： SNB．2数字旋转粘度计，数字pH计， 电动搅拌器， 四口圆底 烧瓶，水环真空泵等。 1．2反应步骤 在装有电动搅拌、温度计的四口圆底烧瓶中加入适量的含氢硅油、D。后，加入适量的浓硫酸，在 适当的温度下搅拌至反应所需要的时间，慢慢加入碳酸钠溶液，当反应呈中性时，停止中和，然后加入 适量的水，静止分成，分去水成后，减压蒸馏出去低沸点的物质，得无色透明油状液体。 315 1．3旋转粘度(25℃)测定 含氢硅油的粘度变化由旋转粘度计测得， 具体操作步骤如下： 1)准备被测样品，量取lOce(或用称重法)试样量入专用试杯中设量温控仪的实验温度开始升温 2)将选配好的转子旋入连接螺杆(逆时针旋入装上，顺时针旋出卸下)装卸转子时，必须用手将 连接螺杆微微向上抬起。 3)旋转升降旋钮，是仪器缓慢地下降，转子逐渐浸入被测液体中，直至转子挂钩上的液面标志与 试验杯盖相平，居中为止。 4)每次调整好旋转粘度计于高温恒温槽的水平 5)试样在测试温度下充分恒温，以保持示值稳定准确。按下确认键，产品会自动开始测量，逐步 搜索到合适的转速。大转子测粘度低，为保证测量精度，测试时数据最好在量程30％-100％之间。 2 结果与分析 2．1反应温度对粘度的影响 在实验中发现各种工艺条件中，反应温度对含氢硅油调聚反应的粘度有很大影响。在烧瓶中， 加 入295．5克八甲基环四硅氧烷和4克的低含氢硅油(1．5％)，以及总质量0．125％的浓硫酸(98％)。固 定其他反应条件，通过改变反应温度，观察调聚反应粘度的变化。 实验结果如表1所示： 表1反应温度对粘度变化的影响 从实验结果中可以看出，温度对粘度的有比较明显影响。在温度比较低的情况下， 调聚反应进行 缓慢， 粘度变化不大。而如果反应温度过高， 则有可能发生降解反应，粘度反而有所下降。所以反 应温度控制在60。C．70。C比较合适。 2．2反应时间对粘度变化的影响 在反应中，常常采用控制反应时间的方法来调整产品质量。在烧瓶中， 加入295．5克八甲基环四 硅氧烷和4克的低含氢硅油(1．5％)，以及总质量0．35％的浓硫酸(98％)。反应温度保持在60℃．70℃。 观察反应时间对粘度变化的影响， 实验结果如图l所示。 从图l的粘度随时间变化曲线中可以看出，反应体系的粘度随着时间的增长而增加。在反应开始阶 段，粘度变化比较缓慢。而当反应进行到5到6个小时的时候， 粘度快速增长。如果继续进行反应，物 料就变成凝胶，以至于变成胶冻状而难于从烧瓶中倾出。这种凝胶状的生成物来自于含氢硅油分子间过 度的交联缩合，应该避免。所以从粘度对时间变化的曲线中可以看出，反应时间以不超过5小时为宜。 316 图1反应时间一粘度曲线 2．3催化剂用量对粘度的影响 本反应是用浓硫酸做催化剂促使八甲基环四硅氧烷开环， 而使反应向生成低含氢硅油方向移动。 在下面的试验中，固定其他反应条件， 通过改变浓硫酸的浓度而研究体系粘度的变化。在烧瓶中，加 入295．5克八甲基环四硅氧烷和4克的低含氢硅油(1．5％)，反应温度保持在60"C-70"C，反应5个小时。 实验结果如图2所示。 图2浓硫酸浓度对产物粘度的影响 从图2可以看出催化剂对反应粘度有很大影响， 在其他反应条件不变的情况下， 粘度随浓硫酸用 量的增加而增加。因为加入较多的催化剂可以缩短反应时间， 所以反应配方中，选择加入0．375％浓硫 酸。 8 结论 从以上实验结果可以看出，在含氢硅油调聚反应过程中，可以用粘度变化作为辅助工艺控制手段来 判断反应进程，从而为调整工艺参数提供参考。 317 工艺控制对含氢硅油调聚反应的粘度变化影响 作者： 安靖东， 饶红艳 作者单位： 科隆精细化工股份有限公司 本文读者也读过(10条) 1. 班文彬.刘伟区.申德妍.侯孟华.BAN,Wen-Bin.LIU,Wei-Qu.SHEN,De-Yan.HOU,Meng-Hua 从含氢硅油制取水性氟 硅聚合物[期刊论文]-化学学报2006,64(12) 2. 刘瑞云.LIU Rui-yun 主链嵌段亲水性氨基硅油的合成与应用[期刊论文]-印染助剂2011,28(5) 3. 史保川.史钋辉.廖学巍 含氢封头剂的合成及在纺织印染上的应用[会议论文]-2003 4. 马凤国.刘春霞.沈文玲.MA Feng-guo.LIU Chun-Xia.SHEN Wen-ling 高含氢硅油调聚法制备低含氢硅油的研究 [期刊论文]-有机硅材料2010,24(6) 5. 侯爱芹.张旭芳.周民革 生物酶的联合增效效应及其应用性能研究[会议论文]-2010 6. 吴宁.余宏旺 新型植物生长调节剂“棉太金”在棉花上应用研究[会议论文]-2010 7. 刘瑞云 端氨基聚醚改性硅油的合成[会议论文]-2010 8. 林华振.何建华.张承伟.夏元利 库尔勒地区双膜覆盖播种植棉新技术推广及栽培要点[会议论文]-2010 9. 蔡苏英.岳仕芳 Eurolan RP皂洗酶用于活性染料纯棉深浓色后处理的工艺探讨[会议论文]-2010 10. 苏勇.叶林宇 有机硅改性苯丙乳液的制备及其作为涂料印花粘合剂的应用[会议论文]-2010 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7304545.aspx