有机氟防水防油剂结构对性能的影响

摘要

本文结合国内市场原料供应情况，设计并合成了四种不同结构的有机氟防水防油剂，通过反复试验，得到了它们的最佳合成条件。考察了其结构对防水防油性，成膜性，柔软性和平滑性等性能的影响；并考察了结构相同，但氟烷基含量、处理液浓度、焙烘时间、焙烘温度不同时，对其防水防油等性能的影响。同时对其在纤维和织物上的应用及作用机理作初步研究，从而对有机氟防水防油剂的结构与性能之间的关系及其作用机理进行探讨。进而，不仅对制备不同功能的氟化物的结构选择提供了依据，而且有助于了解有机氟化合物用作防水防油剂的机理，也有助于进一步对有机氟类化合物的研究和应用开发。 结果表明，四种有机氟化物都具有一定的防水防油能力，PF、SiOF和SiNF达到典型的防水整理要求，SiHF对水表现较小的接触角。它们的临界表面张力均低于水和一般油类的表面张力，具备了防水防油的基本条件，其中SiHF具有最低的临界表面张力15.5mN/m，PF氟烷基含量在65.01％以上，SiHF氟烷基含量在66.60％以上时，其疏油性变化不大，并且都满足防油性基本要求，这是由于氟烷基的“趋表效应”引起的，恰恰说明全氟烷基是朝外定向排列于基质表面的。防油性不只是与含氟量多少有关，而且与有机氟化物在基质表面的排列方式有密切地关系，SiNF表现出低含量、高性能的特点。 将四种有机氟防水防油剂应用于织物和纤维的实验结果表明，PF、SiHF、SiOF和SiNF四种聚合物应用在纤维样品上均使其获得了良好的防水性，SiNF赋予纤维较高的防油性，防油级别达到6级，其它三种聚合物则仅有0～1级的防油性。它们均有好的成膜性，有机氟化物成膜性的好坏对纤维防水性有较大影响，而对其防油能力几乎没有影响。成膜性越好，纤维的防水能力越好，而纤维的防油能力则取决于其分子膜厚度，当有机氟化物SiHF、SiNF固含量达到2％或以上时形成的分子膜才有效。SiNF处理过的纤维非常柔软、滑爽、丰满，手感最好，其次是SiHF和SiOF，PF的手感较差。而耐洗性试险则表明四种有机氟化物的防水效果耐水洗，但防油效果变差。 复配试验结果显示，当氟与硅在同一分子链中时，表现出氟防油性的独特性质，而当氟与硅进行复配时，只表现出硅的性质，使纤维失去原有的防油能力。有机氟防水防油剂与纳米材料相复配具有联合增效效应。

目录

文摘

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学位论文的主要创新点

前言

第一章绪论

1.1课题的提出

1.2课题的研究现状

1.3有机氟防水防油剂的结构与性能特征及其作用机理

1.3.1有机氟防水防油剂的结构与性能特征

1.3.2作用机理

1.4有机氟防水防油剂的合成与应用

1.4.1疏水疏油氟碳链的合成方法

1.4.2有机氟防水防油剂的合成方法

1.4.3有机氟防水防油剂的应用

1.5课题的目的和任务

第二章理论部分

2.1含氟聚丙烯酸酯类防水防油剂的溶液聚合

2.1.1反应机理

2.1.2本课题的合成路线

2.2硅氢加成反应

2.2.1反应机理

2.2.2硅氢加成反应的影响因素

2.2.3本课题的合成路线

2.3环氧化合物与酸的开环反应

2.3.1碱性催化剂下的开环反应

2.3.2酸性催化剂下的开环反应

2.3.3本实验合成路线

2.4羧酸的N-酰化

2.4.1反应机理

2.4.2本实验的合成路线

2.5防水防油机理

第三章实验部分

3.1实验所用的主要试剂和仪器

3.1.1主要试剂

3.1.2主要仪器

3.2含氟聚丙烯酸酯类防水防油剂的合成工艺

3.2.1全氟辛酸丙烯酯的合成工艺

3.2.2全氟辛酸丙烯酯—丙烯酸丁酯—甲基丙烯酸β-羟乙酯的溶液聚合工艺

3.3全氟辛酸丙烯酯与含氢硅油硅氢化反应的合成工艺

3.4全氟辛酸与环氧硅油开环反应的合成工艺

3.5全氟辛酸与氨基硅油酰化反应的合成工艺

3.6物化指标和性能测试

3.6.1物化指标测试

3.6.2应用性能测试

第四章结果与讨论

4.1有机氟防水防油剂的合成研究

4.1.1含氟聚丙烯酸酯类防水防油剂的合成

4.1.2全氟辛酸丙烯酯与含氢硅油的硅氢化反应

4.1.3全氟辛酸与环氧硅油的开环加成反应

4.1.4全氟辛酸与氨基硅油的酰化反应

4.2有机氟防水防油剂结构对性能的影响

4.2.1小分子单体全氟辛酸的性能测试

4.2.2有机氟防水防油剂结构对润湿性的影响

4.2.3有机氟防水防油剂结构对临界表面张力的影响

4.2.4有机氟防水防油剂结构对防水防油性的影响

4.2.5有机氟防水防油剂的成膜性

4.2.6有机氟防水防油剂对纤维平滑性的影响

4.2.7热稳定性

4.2.8柔软性

4.2.9耐洗性

4.3有机氟防水防油剂的联合效应

4.3.1与硅化丝助剂的联合效应

4.3.2与纳米材料TiO2的联合效应

第五章结论

致谢

参考文献

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