阳离子全氟烷基乙基丙烯酸酯无皂乳液的合成及在棉织物上的应用

摘要

含氟丙烯酸酯聚合物不仅具有优异的热稳定性、化学惰性和耐候性,而且表面性能更为优异,主要表现为良好的防水防油性和自洁性。含氟丙烯酸酯聚合物作为织物防水防油整理剂,具有低浓度高效果的特点。经其整理后的织物防水防油性能优异,还可保持原有的色泽、手感、透气性、穿着舒适性。含氟丙烯酸酯共聚物无皂乳液聚合以水为介质,不含乳化剂,适应环保要求和可持续发展,逐渐成为研究的热点和主要方向。其聚合物乳液广泛应用于纸张、纺织、皮革及涂料等领域。
　　 本论文以全氟烷基乙基丙烯酸酯(FEA)为含氟单体,以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为阳离子单体,采用半连续滴加无皂乳液聚合法合成了阳离子型全氟烷基乙基丙烯酸酯共聚物(PFEA)无皂乳液。讨论了PFEA无皂乳液聚合的影响因素,利用FT-IR、DSC、TGA、XRD、TEM对共聚物和乳胶膜进行了表征,分析了乳胶膜的表面性能,测定了PFEA无皂乳液的粒径大小和粒径分布,并对PFEA无皂乳液作为棉织物防水防油剂的整理工艺和影响因素进行了研究。结果表明:
　　 (1)PFEA无皂乳液稳定性良好,增加丙烯酰胺(AM)和DMC用量,可提高聚合过程和产品的稳定性;含氟单体FEA用量影响体系稳定性和乳液性能;反应温度对转化率和乳液稳定性有直接影响。较佳的制备条件为:m(St):m(BA)=1:1,w(AM)=8.0％,w(DMC)=12％,w(FEA)=10～30％,80℃。
　　 (2)FT-IR、DSC分析表明FEA单体参与了聚合反应,生成无规共聚物,其玻璃化转变温度为70.10℃;XRD分析结果显示,PFEA共聚物具有较好的结晶性,同时也说明了FEA单体很好地参与了共聚。TEM表明,PFEA乳液乳胶粒形状规则,大小均一,具有较好的分散性,乳胶粒平均直径在80.5nm左右;利用TGA考察了PFEA共聚物的热稳定性,结果表明,PFEA乳胶膜热分解开始温度明显高于非氟丙烯酸酯共聚物乳胶膜,差别达到29℃,乳胶膜耐热性明显提高。
　　 (3)PFEA乳胶膜表面自由能和吸水率研究表明,适当增加FEA用量有利于提高乳胶膜的表面性能;当w(FEA)为7.1％,w(DMC)为12％时,乳胶膜吸水率和表面自由能分别为5.35％和15.27mJ·m2;对共聚物乳胶膜进行退火处理,当温度由25℃升高至120℃时,表面自由能由15.27 mJ·m-2降低到14.06 mJ·m-2。其最佳热处理温度为120℃。
　　 (4)选择PFEA乳液(w(FEA)=20％)用量为0.5％的防水防油剂处理棉织物试样,考察了浸渍时间、焙烘温度和时间对防水防油性能的影响;较佳整理工艺为:棉织物试样浸渍时间在15min左右,两浸两扎,100℃预烘3min,160℃焙烘3min。分析了FEA含量和PFEA乳液用量对棉织物防水防油性能及静态接触角的影响;增加FEA含量,静态接触角增大,防水防油性等级提高;提高PFEA乳液用量,防水防油性能随之提高;当PFEA乳液用量为0.5％、w(FEA)=20％时,水和液体石蜡在经整理后的棉织物上的静态接触角分别达到142.5°和126.5°,表面抗湿性等级和防油性等级分别达到5级和7级。SEM观察棉织物纤维表面的微观形态表明,未处理的棉织物纤维表面粗糙程度较大;而经PFEA防水防油剂整理的棉纤维表面形成一层含氟共聚物薄膜,表面变得相对光滑,赋予棉纤维良好的表面性能,使得棉织物具有优异的防水防油性能。

目录

文摘

英文文摘

1 前言

1.1 含氟化合物的性质

1.1.1 氟原子的特性

1.1.2 含氟化合物的表面特性

1.1.3 全氟烷基乙基丙烯酸酯的特性

1.2 表面能和防水防油机理

1.2.1 表面能

1.2.2 接触角和临界表面张力

1.2.3 防水防油机理

1.3 含氟丙烯酸酯聚合物乳液

1.3.1 含氟丙烯酸酯单体的种类

1.3.2 含氟丙烯酸酯聚合物的性质

1.3.3 含氟丙烯酸酯乳液的制备方法及研究进展

1.3.4 含氟丙烯酸酯聚合物乳液的应用

1.4 无皂乳液

1.4.1 概述

1.4.2 成核机理

1.4.3 提高无皂乳液稳定性的方法

1.4.4 应用研究

1.5 研究目的和意义

2 阳离子全氟烷基乙基丙烯酸酯共聚物无皂乳液的合成

2.1 实验部分

2.1.1 实验原料

2.1.2 阳离子型全氟烷基乙基丙烯酸酯共聚物(PFEA)无皂乳液的制备

2.1.3 无皂乳液性能测试

2.2 结果与讨论

2.2.1 DMC用量对乳液粒径大小和Zeta电位的影响

2.2.2 FEA含量对乳液性能的影响

2.2.3 AM用量对乳液凝胶率和沉淀量的影响

2.2.4 反应温度对转化率的影响

2.3 小结

3 阳离子全氟烷基乙基丙烯酸酯共聚物无皂乳液的表征及乳胶膜性能

3.1 实验部分

3.1.1 共聚物(PFEA)乳液的表征

3.1.2 乳胶膜的性能测试

3.2 结果与讨论

3.2.1 共聚物的表征

3.2.2 乳胶膜的性能

3.3 小结

4 PFEA无皂乳液防水防油剂在棉织物上的应用

4.1 原料及预处理

4.2 整理工艺

4.3 测试方法

4.3.1 防水防油效果测试

4.3.2 接触角测试

4.3.3 白度测试

4.3.4 扫描电子显微镜观察(SEM)

4.4 结果与讨论

4.4.1 PFEA无皂乳液用量对防水防油性的影响

4.4.2 FEA含量对静态接触角的影响

4.4.3 FEA含量对防水防油性能的影响

4.4.4 浸渍时间对防水防油性能的影响

4.4.5 焙烘温度和时间对防水防油性能的影响

4.4.6 PFEA无皂乳液用量对白度的影响

4.4.7 棉织物纤维表面的微观形态

4.5 小结

5 结论

5.1 PFEA无皂乳液的合成

5.2 PFEA无皂乳液的表征及乳胶膜性能

5.3 PFEA无皂乳液在棉织物上的应用

5.4 进一步工作

参考文献

致谢

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