短氟碳链聚合物的合成及其在棉织物上的应用

论文摘要

含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=8-10),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。短氟碳链化合物经研究认为在环境中能降解,并且没有长氟碳链的毒性,因此,本文从以下两方面入手,对短氟碳链整理剂的合成和应用进行了探讨。一方面,我们从廉价的三溴新戊醇出发,经关环反应得到二溴代环氧丁烷1,在相转移催化剂FBAB存在下与含氟醇反应得到含短氟碳链的环氧丁烷单体2。在BF3·Et2O与新戊二醇或甲醇的复合催化下,单体2开环聚合得到含氟聚醚一元醇3和二元醇4,经测定羟基值分别为20～25mgKOH/g和39.14 mgKOH/g。含氟聚醚二醇4与IPDI聚合得到异氰酸酯封端的预聚体9,然后分别经DETA和DMPA扩链得到含有活性基团的聚氨酯5和8。最后分别用全氟聚醚酰氟6和含氟聚醚一元醇3接枝改性得到含氟聚醚接枝改性水性聚氨酯整理剂CFPU和AFPU。另一方面我们以季戊四醇三烯丙基醚（APE）10与全氟烷基碘为原料,在连二亚硫酸钠、碳酸氢钠存在下通过自由基加成,氢化铝锂还原脱碘得到多全氟链烷基醇:季戊四醇三（3－全氟烷基丙基）醚（TFPE）.并以TFPE为氟化单元合成了含氟聚丙烯酸酯乳液（FPA）和氟硅聚氨酯乳液（SiFPU）.最后我们将整理剂CFPU、AFPU、FPA和SiFPU分别配制一定浓度的整理液,通过传统的浸轧烘焙整理工艺,用于棉织物的后整理。经测试后发现,由SiFPU和AFPU整理后的棉织物具有良好的拒水性能,接触角分别达到153°和148°。经CFPU和FPA整理后的棉织物拒水效果一般,接触角分别为125°和135°。其中只有经SiFPU整理后的织物具有2级的拒油效果。另外我们对整理后的织物进行了撕破强力、耐水洗性、静水压和白度测试,讨论了交联剂、焙烘温度及整理剂浓度对拒水拒油性能的影响,并通过XPS和SEM对整理后织物表面进行了研究。最后通过比较发现SiFPU的综合性能最佳,AFPU其次,CFPU和FPA综合性能一般。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 第二章 含氟整理剂的研究进展
• 2.1 含氟整理剂的拒水拒油原理
• 2.1.1 氟原子的特性
• 2.1.2 氟碳化合物的表面特性
• 2.1.3 拒水拒油机理
• 2.2 拒水拒油整理剂的研究进展
• 2.2.1 拒水拒油整理剂的现状
• 2.2.2 拒水拒油整理剂的种类
• 2.3 含氟聚氨酯拒水拒油整理剂
• 2.3.1 水性聚氨酯合成及应用
• 2.3.2 聚氨酯中含氟链段的引入
• 2.4 相关短氟碳链化合物的研究
• 第三章 含氟整理剂的设计思路
• 3.1 短氟链聚醚低聚物接枝改性聚氨酯
• 3.1.1 接枝改性聚氨酯目标分子的设计
• 3.1.2 接枝改性聚氨酯的反合成分析
• 3.2 枝状含氟醇的合成与应用
• 第四章 接枝改性水性聚氨酯的合成
• 4.1 溴代环氧丁烷的合成
• 4.2 氟代环氧丁烷的合成
• 4.3 含氟聚醚的制备
• 4.4 含氟聚醚接枝改性水性聚氨酯的合成
• 第五章 枝状含氟醇的合成
• 5.1 季戊四醇三烯丙基醚APE的合成
• 5.2 季戊四醇三（2-碘-3-全氟己基丙基）醚的合成
• 5.3 季戊四醇三（3-全氟己基丙基）醚TFPE的合成
• 5.4 硅氟聚氨酯SiFPU的合成
• 5.5 含氟聚丙烯酸酯FPA的合成
• 5.6 SiFPU和FPA的表征
• 5.7 FPA和SiFPU的稳定性
• 第六章 整理剂在棉织物上的应用
• 6.1 整理工艺
• 6.2 测试方法
• 6.2.1 防水防油效果测试方法
• 6.2.2 接触角的测试方法
• 6.2.3 静水压测试
• 6.2.4 耐水洗性能测试
• 6.2.5 白度、撕破强力测试
• 6.2.6 X-射线光电子能谱和扫描电子显微镜
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 整理后织物的拒水拒油性能
• 6.3.2 整理剂浓度对拒水拒油性能的影响
• 6.3.3 焙烘温度对织物的拒水拒油性能的影响
• 6.3.4 交联剂对织物的拒水性能的影响
• 6.3.5 织物的防水渗透性
• 6.3.6 耐水洗性能
• 6.3.7 整理后织物的撕破强力和白度变化
• 6.4 小结
• 第七章 实验步骤
• 7.1 实验仪器
• 7.2 化学试剂
• 7.3 含氟聚醚接枝改性聚氨酯的制备
• 7.3.1 化合物1的制备
• 7.3.2 化合物2的制备
• 7.3.3 化合物3的制备
• 7.3.4 化合物4的制备
• 7.3.5 AFPU的制备
• 7.3.6 CFPU的制备
• 7.4 枝状含氟醇的制备及应用
• 7.4.1 AFE的制备
• 7.4.2 季戊四醇三（2-碘-3-全氟己基丙基）醚的制备
• 7.4.3 TFPE的制备
• 7.4.4 FPA的制备
• 7.4.5 SiFPU的制备
• 7.5 织物整理实验步骤
• 第八章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的专利和学术论文
• 致谢