含氟丙烯酸酯拒水整理剂的制备及其性能研究

第24卷第6期 武汉纺织大学学报 V ol.24 No.6 2011年12月J O U R N A L O F W U H A N T E X T I L E U N I V E R S I T Y D e c.2011 含氟丙烯酸酯拒水整理剂的制备及其性能研究

李庆文，陈建平，权 衡*

（武汉纺织大学 化学与化工学院，湖北 武汉 430073）

摘 要：采用阳/非离子复配表面活性剂作乳化剂，过硫酸铵为引发剂，通过微乳液半连续法合成含氟丙烯酸酯三元共聚乳液HD-1，用红外光谱（IR）对其结果进行了表征。研究了HD-1与市售含氟拒水整理剂的乳液稳定性、粒径及其分布、拒水效果和有机硅改性聚氨酯与含氟拒水整理剂的复配应用性能。结果表明，相比进口防水剂，HD-1和国产防水剂的乳液稳定性还有一定的差距，但HD-1拒水效果效果要好；自制有机硅改性聚氨酯与HD-1的复配使用，使应用成本降低了15.5%，耐水压提高了25%。

关键词：含氟丙烯酸酯；乳液聚合；拒水整理剂

中图分类号：TS195.2+5文献标识码：A文章编号：1009－5160(2011)06－0011－05

相比脂肪烃和有机硅类拒水剂，含氟丙烯酸酯用于织物整理后，可赋予织物更加优异的拒水性，且不影响织物的透湿透气性，因而，有机氟系列织物整理剂迅速得到了推广[1-3]。近年来国外出现了对含氟丙烯酸酯乳液聚合物的研究热点，且拒水整理剂已实现工业生产化，目前，生产含氟丙烯酸酯防水剂的技术主要被大金、旭硝子、3M、巴斯夫等少数国外企业垄断；由于生产此类产品工艺技术复杂，国内这类产品至今未能形成工业化生产，但需求量很大，几乎全部依靠进口，且其价格相对较高，所以对其的研究很有前景[4-6]。本文用阳/非离子复配表面活性剂作乳化剂，过硫酸铵为引发剂，合成含氟丙烯酸酯三元共聚乳液。研究了自制含氟丙烯酸酯与市售拒水整理剂的乳液稳定性、应用性能、粒径及分布对比和有机硅改性聚氨酯与自制拒水整理剂的复配应用。

1 实验

1.1 织物、原料与仪器

织物：纯棉针织布（75D28针）；涤塔夫（21S×21S）；纯棉机织布（40s×40s×110×90）。

原料：甲基丙烯酸全氟辛酯、甲基丙烯酸十八酯、功能性单体（自制）、过硫酸铵、有机溶剂、非离子/阳离子复配乳化剂、冰醋酸，工业级，珠海华大浩宏化工有限公司；市售含氟防水剂1（进口）；市售含氟防水剂2（国产）。

仪器：电热恒温鼓风干燥箱DHG-9023A，上海索普仪器有限公司；精密酸度计PHS-3C（A），上海大普仪器有限公司；台式高速离心机TGL-16G，上海菲恰尔分析仪器有限公司；电子天平LD-6102，龙腾电子有限公司；激光粒度分析仪Nanotrac，美国Microtrac公司；耐水压测试仪；傅里叶变换红外光谱仪NEXUS-470美国Nicolet公司；FJ-200高速分散均质机，上海标本模型厂。

1.2 含氟聚丙烯酸酯的制备

采用微乳液半连续法制备含氟聚丙烯酸酯乳液。

在50℃下，将1/3水、1/2乳化剂、助溶剂和全部单体用磁力搅拌器搅拌20min，再用高速分散均质机搅拌10min，制得稳定预乳液。在装有冷凝管、温度计、氮气导管的四口瓶中加入1/4引发剂、2/3水、1/2乳化剂搅拌升温至72℃，滴加1/5预乳液，待乳液泛蓝后10min，双滴加剩余预乳液和2/4引发剂，在3h内滴加完，然后滴加完剩余1/4引发剂保温1h，降温至40℃以下，调pH=4，过滤出料，得淡黄色半透明乳液。

1.3 HD-1的结构表征

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武汉纺织大学学报 2011年

12

红外光谱：取洗涤除杂后的HD-1样品，直接用傅里叶变换红外光谱仪进行测试。

1.4 乳液性能测试

凝胶率的测定：将共聚产品经过100目滤布过滤，收集搅拌棒及烧瓶壁上的凝胶，冲洗后于105℃下烘至恒重。凝胶率按下式计算：

100%×凝胶量凝胶率＝

单体总质量

反应转化率的测定：准确称取3g样品，置于已恒重的称量瓶中，于105℃下烘至恒重，按下式计算反应转化率：

100-%100%G G W G M

=

×反应转化率（）

其中：G 0—样品重量；G 1—样品干燥后恒重；W—配方中除单体外不挥发组分的百分含量；M—单体

百分含量。

固含量的测定：准确称取3g样品（G 0），置于已恒重的称量瓶中，于105℃烘至恒重，称量（G 1）。

10

%100%G G =

×固含量（）

稀释稳定性：将乳液稀释到固体含量为3%，再把30ml稀释后的乳液倒入试管中，液柱高为20cm，放

置72h，测量上部清液和沉淀部分的体积即可知其稀释稳定性。

离心稳定性：取8mL乳液置于离心试管中，在3000r/min的转速下高速离心15 min, 观察乳液有无分层或漂油。

耐酸碱稳定性：在两个试管分别装入5g待测乳液试样，然后向两试管中分别逐滴加入1ml（1mol/L）盐酸和1ml（1mol/L）的KOH溶液。摇匀后，测试其pH值，并观察乳液是否稳定。然后将两只试管在室温下放置24h，再观察乳液的稳定性。

耐电解质稳定性：在20ml的刻度试管中加入16ml聚合物乳液试样，再加入4ml 0.5%的CaCl 2溶液，摇匀，静置48h，观察乳液变化情况。

低温稳定性：取10mlHD-1乳液在-5℃下放置48h，观察其变化情况。 乳液粒径及其分布：在Nanotrac激光粒度分析仪上测定乳液粒径及分布。

1.5 应用性能对比

防水性能比较：将HD-1、市售含氟防水剂1、市售含氟防水剂2三种防水剂配制成20～80g/L 处理纯棉针织布；30g/L 时处理纯棉针织布、纯棉机织布和涤塔夫进行对比。

处理工艺：一浸一轧（pH=5～6）→100℃烘干→170℃焙烘1min 沾湿性测试：按照GB／T 4745-1997，采用淋水性能测试法。

1.6 有机硅改性聚氨酯和HD-1的复配应用

为降低应用成本，通过自制有机硅改性聚氨酯和HD-1复配使用，自制有机硅改性聚氨酯和HD-1复配溶液的配方如表1。

用下表中复配溶液处理纯棉机织布，处理工艺：一

浸一轧（pH=5～6）→100℃烘干→170℃焙烘1min。

耐水压测试：采用耐水压测试仪测试处理后的织物。 2 结果与讨论

通过微乳液半连续法制得含氟丙烯酸酯乳液，反应顺利完成，凝胶率为3.2%，转化率为93.4%，外观为乳白带蓝半透明乳液，称作为HD-1。

2.1 HD-1的结构表征

通过红外光谱（IR）对HD-1的结构进行了表征，IR 谱见图1。