核壳型纳米SiO2/含氟聚丙烯酸酯无皂乳液的合成及其性能研究

摘要

含氟丙烯酸酯聚合物具有拒水拒油性、耐沾污性、耐候性、耐化学溶剂性、热稳定性等优良性能，作为织物的整理剂能够赋予织物优良的拒水拒油性和耐沾污性。纳米SiO2具有纳米尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应，将其应用于含氟聚丙烯酸酯改性，能够进一步提高含氟聚丙烯酸酯的防水防油性。核壳乳液聚合技术，以其独特的粒子设计理念，将氟单体主要富集在壳层，从而在降低氟单体用量的同时又保持了有机氟聚合物原本的性能而备受人们的关注。反应性乳化剂在聚合过程中可成为聚合物的一部分，以反应性乳化剂替代小分子乳化剂进行乳液聚合，可避免小分子乳化剂存在的弊端。本文合成了核壳型纳米SiO2/含氟聚丙烯酸酯无皂乳液，并对其性能及在织物整理剂方面的应用进行了研究。具体研究简述如下:
　　(1)以甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFMA)为含氟单体，采用核壳粒子设计理念，通过无皂乳液聚合技术合成了核壳型纳米SiO2/含氟聚丙烯酸酯无皂乳液。考察了温度、搅拌速度、KH-570加料方式对乳液聚合的影响;研究了引发剂用量、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BA)的核壳比、MMA和BA的配比、反应性乳化剂用量、丙烯酸羟乙酯(HEA)用量、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH-570）用量、丙烯酸十八酯(SA)用量、DFMA用量以及正硅酸乙酯(TEOS)用量对无皂乳液及其膜性能的影响;对乳液的化学结构、微观形貌、粒径大小及分布进行了表征;对成膜进行了表面形貌观察和表面元素分析并探讨了乳液的成膜机理。结果表明，当采用聚合温度为83℃、搅拌速度为250r/min、KH-570在壳层乳液聚合阶段的后1/4加入能够得到转化率高、稳定性好的无皂乳液。透射电子显微镜(TEM)结果显示成功地制备具有核壳结构的无皂乳液;原子力学显微镜(AFM)和扫描电子显微镜及能谱分析仪(SEM-EDX)结果表明含氟聚丙烯酸酯无皂乳液膜具有纳米粗糙表面，通过SiO2改性，可进一步提高其表面粗糙度。
　　(2)研究了整理剂浓度、焙烘温度及时间对织物防水防油性能的影响，考察了MMA和BA的核壳比、MMA和BA的配比、SA用量、DFMA用量以及TEOS用量对织物防水防油性能的影响，确定了织物整理的最佳工艺条件，通过SEM对整理织物的纤维表面形貌进行了观察。研究结果表明，随着DFMA用量的增加，织物防水防油性能逐渐提高，表面自由能不断降低，最低可达到14.98mN/m，TEOS用量为4％时，织物拒水拒油性最优，SEM结果显示整理后的织物纤维表面被聚合物薄膜均匀覆盖，薄膜上分布有纳米SiO2微粒。

目录

摘要

1 综述

1．1 前言

1．2 含氟聚丙烯酸酯的合成及应用

1．2．1 含氟聚丙烯酸酯的合成

1．2．2 含氟聚丙烯酸酯在拒水拒油剂方面的应用

1．3 纳米SiO2改性含氟聚丙烯酸酯的合成及应用

1．3．1 纳米SiO2改性含氟聚丙烯酸酯的合成

1．3．2 纳米SiO2改性含氟聚丙烯酸酯的应用

1．4 课题的提出

2 实验部分

2．1 主要实验药品

2．2 主要仪器设备

2．3 核壳型纳米SiO2／含氟聚丙烯酸酯无皂乳液的合成

2．3．1 单体的预乳化

2．3．2 核壳型含氟丙烯酸酯乳液的制备

2．4 核壳型纳米SiO2／含氟聚丙烯酸酯无皂乳液的应用工艺

2．5 测试与表征

2．5．1 乳液性能测试与表征

2．5．2 乳胶膜性能测试与表征

2．5．3 织物性能测试与表征

3 结果与讨论

3．1 核壳型纳米SiO2／含氟聚丙烯酸酯无皂乳液的合成和膜性能

3．1．1 聚合反应温度对无皂乳液单体转化率和聚合稳定性的影响

3．1．2 搅拌速度对无皂乳液单体转化率和聚合稳定性的影响

3．1．3 KH-570加料方式对无皂乳液稳定性的影响

3．1．4 引发剂用量对无皂乳液聚合的影响

3．1．5 MMA和BA的核壳比对无皂乳液和膜性能的影响

3．1．6 MMA和BA的配比对无皂乳液和膜性能的影响

3．1．7 反应性乳化剂用量对无皂乳液和膜性能的影响

3．1．8 HEA用量对无皂乳液和膜性能的影响

3．1．9 KH-570用量对无皂乳液和膜性能的影响

3．1．10 SA用量对无皂乳液和膜性能的影响

3．1．11 DFMA用量对无皂乳液和膜性能的影响

3．1．12 TEOS用量对无皂乳液和膜性能的影响

3．1．13 核壳型纳米SiO2／含氟聚丙烯酸酯的结构表征

3．1．14 核壳型纳米SiO2／含氟聚丙烯酸酯乳胶膜的表征

3．1．15 核壳型纳米SiO2改性含氟聚丙烯酸酯乳胶膜的形成机理

3．2 核壳型纳米SiO2／含氟聚丙烯酸酯无皂乳液的应用性能

3．2．1 整理工艺的确定

3．2．2 MMA和BA的核壳比对无皂乳液应用性能的影响

3．2．3 MMA和BA的配比对无皂乳液应用性能的影响

3．2．4 SA用量对无皂乳液应用性能的影响

3．2．5 DFMA用量对乳液应用性能的影响

3．2．6 TEOS用量对乳液应用性能的影响

3．2．7 无皂乳液应用于织物整理的SEM表征

4 结论

致谢

参考文献

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