新型含氟涂層材料的合成及其在棉織物上的應用.pdf

1、氟碳化合物因其特別低的表面自由能而在涂層、表面活性劑及潤滑劑等領域有著廣泛而重要的應用。眾所周知，含長全氟碳鏈（Rf≥8）的織物整理劑具有優(yōu)異的拒水拒油性能，其拒水拒油級別通常都是100分和6級（AATCC測試法）且不影響整理后織物的透氣性和手感。然而，越來越多的證據(jù)顯示長氟碳鏈化合物存在環(huán)境和生物積累或毒性。目前，綠色環(huán)保的含短氟碳鏈(Rf≤6)織物整理劑的研發(fā)受到高度關注。
　　 本論文中我們設計合成了幾類新型的含短氟碳鏈聚

2、合物涂層材料，并將其作為整理劑應用在棉織物的表面改性上，對整理后織物的潤濕性能進行了研究。主要工作描述如下。
　　 (1)常規(guī)的含氟整理劑涂層在使用過程中常常不夠牢固，因為這些涂層儀儀是通過物理吸附粘結在織物纖維的表面。涂層材料通過共價鍵連接在基材表面上以形成牢固涂層的方法已經(jīng)有很多研究。同時，要獲得最好的拒水拒油效果，氟碳鏈應該相互平行排列并且垂直于表面。研究發(fā)現(xiàn)，氟碳鏈側基能夠通過存在于主鏈與側基氟碳鏈之間的氨基間的相互作用

3、而使這種平行和垂直作用固定和加強。本章中，我們設計合成了一系列側鏈中含短氟碳鏈、反應性官能團及氨基的新型丙烯酸酯共聚物(GPF-1，2，3)。GPF-1，2，3具有很低的表面自由能(17.77-25.81mJ/m2)。用GPF-1(氟碳側鏈為CF3(CF2)5-)處理過的織物表現(xiàn)出最好的拒水拒油性，拒水和拒油的級別分別為100分和6級，同時表現(xiàn)出很好的耐水洗性，在50℃經(jīng)10次皂洗，再經(jīng)80℃烘干后，拒水性等級仍大于90分，拒油性達5級

4、。此外，經(jīng)耐久性對照實驗研究表明，GPF-1，2，3是通過共價鍵連接在棉纖維表面。
　　 (2)目前，對低表面能高分子涂層材料（主要是有機硅化合物和有機氟化合物）的研究和應用主要集中在線型聚合物。超支化聚合物是具有三維球狀結構的高度支化的大分子，可以通過對其大量末端官能團的化學改性來獲得某些具有特殊性質(zhì)的材料。本章中，我們設計合成了一系列具有不同表面自由能的含短氟碳鏈超支化聚酯/聚（脲-氨酯）(HPEFs/HPUFs)。HPEF

5、s/HPUFs具有很低的表面自由能(13.67-24.49mJ/m2)，進一步研究表明，其表面自由能幾乎與超支化聚合物分子的內(nèi)部結構無關而只取決于末端氟碳鏈的長短。處理過的織物對水的接觸角滯后、噴淋潤濕效果（AATCC測試法）以及拒油性強烈依賴HPEFs/HPUFs表面自由能高低。經(jīng)HPEF13/HPUF13(氟碳鏈為CF3(CF2)5-）處理過的棉織物呈現(xiàn)出優(yōu)異的拒水拒油性能:拒水和拒油級別分別為90分和6級。所有處理過的織物對水都有

6、很大的靜態(tài)接觸角(139-146°)。接觸角滯后為5.9-17.6°。
　　 (3)前一章的研究表明，含短氟碳鏈超支化聚合物具有極低的表面自由能，作為整理劑具有很好的拒水拒油效果。為了使其作為整理劑時具有好的牢固性（耐久性），我們設計合成了一系列含有反應性官能團的含氟超支化聚（脲-氨酯）(HPRFs)涂層材料。HPRFs表現(xiàn)出很低的表面自由能(15.28-15.49mJ/m2)，且?guī)缀跖c超支化聚合物的分子量無關。將其用作整理劑，

7、得到了高度拒水拒油的棉織物，拒水拒油級別分別為90分（接觸角142-143°）和6級（接觸角90-92°）。處理過的織物具有非常好的耐水洗性，在50℃經(jīng)10次皂洗后，拒水性保持80分，拒油性仍有5級。耐久性對照實驗研究表明聚合物和棉纖維表面之間有共價鍵連接。
　　 (4)超疏水性因其在基礎研究和應用中的重要性而成為表面潤濕性研究的熱點，其通常是通過大的接觸角（大于150°）和小的滑落角（小于5°）來表征。我們知道，疏水性可以通過

8、提高表面粗糙度和降低表面自由能兩種途徑得以改善。因此，人造超疏水表面一般都是通過構建微米和納米級的粗糙結構并結合低表面能改性獲得。本章中，我們通過對多壁碳納米管(MWCNT)表面進行功能化修飾，設計合成了兩種含氟超支化聚合物功能化的多壁碳納米管超疏水涂層材料(MWCNT-HPEF/HPUF)。對經(jīng)嚴格純化后的產(chǎn)物通過FT-IR、TGA、XPS、TEM和SEM研究表明，超支化聚合物是通過共價鍵連接在多壁碳納米管表面。MWCNT-HPEF/