新型含氟烷基聚丙烯酸酯的合成及其拒水拒油性能的研究

论文摘要

随着生活质量的提高,人们对功能性纺织品的要求越来越高。拒水、拒油等多功能整理剂的应用也越来越广泛,其中有机氟整理剂在纺织品的功能整理领域被广泛的用来赋予纺织品拒水拒油等防护性能,这些含氟整理剂大多含有全氟烷基(CnF2n+1,n≥8),这些长氟碳链基团在降低表面自由能、改善表面的疏水疏油性能方面具有很好的作用。但是长氟碳链化合物在自然环境中难以降解,在人体内、动植物体内长期蓄积,并有潜在的致癌作用。一些长氟碳链的小分子表面活性剂如全氟辛基磺酰基类化合物（PFOS）和全氟辛酸铵（PFOA）等在国际社会中的应用已经受到了限制。随着人们对这类问题的日益关注,现有含长氟碳链的功能整理剂在市场上的应用也将会受到越来越多的限制,所以寻找具有相同降低表面自由能的功能又不含有长氟碳链段的功能高分子是一项非常有意义的研究工作。本论文利用商品化的（甲基）丙烯酰氯、对羟基苯甲酸、丙烯酸羟乙酯、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）和1H,1H,2H,2H-全氟己基乙醇分别合成了含氟丙烯酸酯化合物1,2,3,同时利用丙烯酸和1H,1H,2H,2H-全氟己基乙醇合成了含氟丙烯酸酯单体4。这些合成的含氟丙烯酸酯单体与其它不含氟的丙烯酸酯单体通过乳液聚合得到了共聚物PFA1,PFA2,PFA3,PFA4。通过改变乳化剂、引发剂以及聚合方式等一系列条件对乳液聚合稳定性和拒液性能的影响进行了探讨,优化了引发剂浓度、乳化剂浓度以及含氟烷基短链丙烯酸酯单体含量等工艺条件,并利用纳米粒径分析仪表征了乳液粒子的大小及分布,通过FT-IR对含氟丙烯酸酯单体及其合成的聚合物的组成进行了分析。用上述合成的含氟烷基聚丙烯酸酯乳液PFA1,PFA2,PFA3,PFA4对棉织物进行整理,考察了不同官能团以及聚合单体中含氟单体的含量对整理后织物对液体的接触角的影响,并通过电子扫描显微镜（SEM）对整理前后棉纤维的表面几何形态的变化及其对拒水效果的影响进行了分析和讨论。优化了整理工艺条件,比较了整理前后棉织物的拒水拒油性能。其中含苯环结构的聚合物PFA1,PFA2以及全氟聚丙烯酸酯PFA4,将其对织物整理后对水的接触角达到了140°以上,对正十二烷的接触角也超过了110°,拒油性能达6级,性能与含长氟碳链的聚丙烯酸酯类整理剂相似。而含有-NHCOO-的聚合物PFA3对水的接触角只有135°,拒油等级仅有2级。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 第二章 含氟整理剂的发展和研究现状
• 2.1 含氟高分子的结构与特性
• 2.1.1 氟原子的特性
• 2.1.2 含氟化合物的表面特性
• 2.1.3 织物憎水憎油机理及整理
• 2.2 含氟织物整理剂的发展
• 2.3 含氟烷基聚丙烯酸酯类织物整理剂的发展
• 2.3.1 丙烯酸酯聚合物的发展
• 2.3.2 含氟单体的合成
• 2.3.3 含氟聚合物的合成
• 第三章 含氟整理剂的设计思路
• 3.1 背景
• 3.2 新型含氟整理剂的设计思路
• 第四章 含氟烷基丙烯酸酯的合成
• 4.1 含氟丙烯酸酯单体及聚合物的合成
• 4.1.1 对丙烯酰氧基苯甲酸全氟己基乙酯（单体1）的合成
• 4.1.1.1 对丙烯酰氧基苯甲酸5的合成
• 4.1.1.2 对丙烯酰氧基苯甲酰氯6的合成
• 4.1.1.3 单体1的合成
• 4.1.2 对甲基丙烯酰氧基苯甲酸全氟己基乙酯（单体2）的合成
• 4.1.2.1 对甲基丙烯酰氧基苯甲酸7的合成
• 4.1.2.2 对甲基丙烯酰氧基苯甲酰氯8的合成
• 4.1.2.3 单体2的合成
• 4.1.3 单体3的合成
• 4.1.4 丙烯酸全氟己基乙酯（单体4）的合成
• 4.1.5 含氟丙烯酸酯聚合物PFA的合成
• 4.2 乳液的分析测试
• 4.2.1 含氟聚合物的表征（FT-IR）
• 4.2.2 乳液的粒度测试
• 4.2.3 含氟共聚物的热性能分析（TG曲线）
• 4.2.4 乳液的稳定性测试
• 4.3 聚合工艺的确定
• 4.3.1 聚合方法及预乳化方式的对聚合的影响
• 4.3.2 乳化剂对聚合的影响
• 4.3.3 引发剂的选择
• 4.3.4 温度对聚合反应的影响
• 4.3.5 反应时间的影响
• 第五章 含氟整理剂的拒水拒油性能测试
• 5.1 影响整理剂拒水拒油效果的因素
• 5.1.1 含氟烷基丙烯酸酯单体含量的影响
• 5.1.2 织物整理温度的影响
• 5.1.3 含氟丙烯酸酯单体结构的影响
• 5.2 整理工艺和测试方法
• 5.2.1 整理工艺
• 5.2.2 测试方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 织物整理后的拒水拒油结果
• 5.3.2 耐水洗性能
• 5.3.3 织物整理前后的表面扫描电镜（SEM）
• 5.3.4 整理剂对织物透气性的影响
• 5.3.5 整理剂对织物白度的影响
• 第六章 实验步骤
• 6.1 实验试剂和仪器
• 6.2 对丙烯酰氧基苯甲酸全氟己基乙酯（单体1）的制备
• 6.2.1 对丙烯酰氧基苯甲酸（化合物5）的制备
• 6.2.2 对丙烯酰氧基苯甲酰氯（化合物6）的制备
• 6.2.3 对丙烯酰氧基苯甲酸全氟己基乙酯（单体1）的制备
• 6.3 对甲基丙烯酰氧基苯甲酸全氟己基乙酯（单体2）的制备
• 6.3.1 对甲基丙烯酰氧基苯甲酸（化合物7）的制备
• 6.3.2 单体2的制备
• 6.4 单体3的制备
• 6.5 丙烯酸全氟己基乙酯（单体4）的制备
• 6.6 乳液聚合
• 第七章 总结
• 参考文献
• 致谢