有机氟防水整理剂的合成及应用研究

论文摘要

随着现代人生活质量的不断提高，人们对服装的穿着舒适性也有更高的要求，因此使织物具有防水透湿等性能具有实际应用的重要意义。传统意义的防水类整理剂虽然可以赋予织物良好的防水性能，但是难以使两者兼能或者严重影响织物手感及穿着舒适性。用传统的防水整理剂整理织物时，通常需要使用大量柔软剂来改善手感，或因防水等其他性能不佳需外加助剂予以改善。氟原子以其极低的表面张力和强电负性及有机氟单体独特的长链氟烷基结构，使含氟聚合物具有较低的表面能，赋予织物、皮革等良好的防水防油性能，因此有机氟型防水整理剂普遍成为该领域的主要趋势。本实验合成有机氟防水整理剂有效成分为含氟丙烯酸酯高聚物，主要实验原料有甲基丙烯酸十二氟庚酯（G04）、丙烯酸六氟丁酯（G01）、甲基丙烯酸六氟丁酯（G02）、丙烯酸丁酯（BA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）以及甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA），乳化剂选用十六烷基三甲基溴化铵（C16TAB）、壬基酚聚氧乙烯醚（NP-40）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、全氟烷基乙氧基醚醇非离子氟表面活性剂（FS-200）、十二烷基硫酸钠（SDS）、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9）等进行复配，引发剂选用偶氮二异丁腈（AIBN）、过硫酸钾（KPS）、过硫酸铵（APS）等。经多种测试及分析结果表明，选取G04为有机氟单体用量占总单体重40%，BA与MMA比例3:2时，防水效果优良且耐洗性能较好；引发剂选取APS用量对单体重5%，乳化剂SDBS与NP-40以3:2复配时，反应速率与转化率较高同时可有效控制凝胶率；聚合温度75℃，总反应时间4.5h反应进行完全转化率与产品质量有保障；HEMA用量为对单体重2%时可在防水的同时保证整理后织物的透湿性。在应用方面，对合成的有机氟防水剂的用量、浸渍时间、焙烘温度、焙烘时间等因素进行分析讨论。结果表明，采用一浸一轧（含氟丙烯酸酯乳液60g/l，浸渍时间7min，轧余率75%）→预烘（100℃，2min）→焙烘（150℃，3min）的应用工艺整理效果最佳。另外采用红外光谱、扫描电镜、润湿接触角、粒径、静水压法、喷淋测试法等方法对整理剂和整理后的效果进行表征，防水级别可达45级，润湿接触角138°，透湿量维持在24502500g/（m2·24h）；静水压达2640Pa左右；乳液90%的粒径直径小于0.30μm，50%的粒径直径小于0.15μm。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 防水透湿织物的概述
• 1.1.1 织物防水整理的发展
• 1.1.2 防水整理剂分类
• 1.1.3 棉纤维的结构与性质
• 1.1.4 织物防水透湿机理
• 1.2 有机氟防水整理剂的基本概述
• 1.2.1 有机氟防水整理剂的发展历程
• 1.2.2 有机氟防水整理剂的发展趋势
• 1.2.3 有机氟防水整理研究中的问题
• 1.2.4 有机氟防水整理的原料
• 1.2.5 长链烷基氟单体的制备
• 1.2.6 有机氟防水剂的合成方式
• 1.2.7 乳液聚合原理
• 1.2.8 荷叶自洁效应
• 1.3 含氟丙烯酸酯聚合物的性能与结构
• 1.4 有机氟防水整理剂的合成
• 1.5 本课题研究的意义与目的
• 1.6 本课题研究的主要内容
• 2 实验部分
• 2.1 实验材料、化学品及仪器
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 化学药品
• 2.1.3 实验仪器
• 2.2 含氟丙烯酸酯乳液的合成方法
• 2.2.1 半连续法（Semi-batch）
• 2.2.2 间歇法（Batch）
• 2.2.3 平衡溶胀法（Swelling）
• 2.2.4 直接法（Instant）
• 2.3 织物整理
• 2.4 乳液性能分析测试
• 2.4.1 乳液固含量
• 2.4.2 乳液转化率
• 2.4.3 乳液凝胶率
• 2.4.4 乳液稳定性的表征
• 2.4.5 红外光谱测定
• 2.4.6 乳液粒径的测试
• 2.4.7 织物表面纤维形态的测试
• 2.4.8 静水压法测织物防水性
• 2.4.9 接触角法测织物防水性
• 2.4.10 喷淋法测试防水级别
• 2.4.11 织物透湿量测试
• 3 结果与讨论
• 3.1 不同聚合方式对合成的影响
• 3.2 氟单体的选择
• 3.2.1 不同氟单体预乳化液稳定性能
• 3.2.2 不同氟单体聚合后乳液的稳定性及防水性能的影响
• 3.2.3 氟单体用量对乳液的影响
• 3.3 丙烯酸酯单体配比的影响
• 3.4 引发剂及用量的影响
• 3.4.1 引发剂的选择
• 3.4.2 引发剂用量对乳液外观及凝胶率的影响
• 3.4.3 引发剂用量对乳液转化率与反应速率的影响
• 3.5 乳化剂种类及用量的影响
• 3.5.1 选用乳化剂类型对乳液聚合的影响
• 3.5.2 乳化剂配比对聚合物性能的影响
• 3.5.3 乳化剂用量对聚合物性能的影响
• 3.6. 聚合温度对乳液聚合的影响
• 3.6.1 聚合温度对转化率与凝胶率的影响
• 3.6.2 聚合温度对不同阶段的影响
• 3.7 时间的影响
• 3.7.1 聚合反应时间对转化率的影响
• 3.7.2 预乳液滴加时间对转化率的影响
• 3.8 甲基丙烯酸羟乙酯对乳液的影响
• 3.9 含氟丙烯酸酯乳液的性能测试
• 3.9.1 含氟丙烯酸酯乳液的测试性能
• 3.9.2 含氟丙烯酸酯乳液的粒径分布
• 3.9.3 含氟丙烯酸酯乳液的红外谱图
• 3.9.4 有机氟防水剂整理织物的电镜（SEM）测试
• 3.9.5 有机氟防水整理剂的润湿接触角测试
• 3.10 有机氟防水整理剂应用工艺研究
• 3.10.1 有机氟防水剂用量的影响
• 3.10.2 织物的浸渍时间的影响
• 3.10.3 焙烘温度的影响
• 3.10.4 焙烘时间的影响
• 4 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表文章
• 致谢