新型含氟涂層材料的合成及其在棉織物上的應(yīng)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(rùn)滑劑等領(lǐng)域有著廣泛而重要的應(yīng)用。眾所周知，含長(zhǎng)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(jí)別通常都是100分和6級(jí)（AATCC測(cè)試法）且不影響整理后織物的透氣性和手感。然而，越來(lái)越多的證據(jù)顯示長(zhǎng)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(guān)注。
　　 本論文中我們?cè)O(shè)計(jì)合成了幾類(lèi)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(yīng)用在棉織物的表面改性上，對(duì)整理后織物的潤(rùn)濕性能進(jìn)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(guò)程中常常不夠牢固，因?yàn)檫@些涂層儀儀是通過(guò)物理吸附粘結(jié)在織物纖維的表面。涂層材料通過(guò)共價(jià)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(shí)，要獲得最好的拒水拒油效果，氟碳鏈應(yīng)該相互平行排列并且垂直于表面。研究發(fā)現(xiàn)，氟碳鏈側(cè)基能夠通過(guò)存在于主鏈與側(cè)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(qiáng)。本章中，我們?cè)O(shè)計(jì)合成了一系列側(cè)鏈中含短氟碳鏈、反應(yīng)性官能團(tuán)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(cè)鏈為CF3(CF2)5-)處理過(guò)的織物表現(xiàn)出最好的拒水拒油性，拒水和拒油的級(jí)別分別為100分和6級(jí)，同時(shí)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(jí)仍大于90分，拒油性達(dá)5級(jí)

4、。此外，經(jīng)耐久性對(duì)照實(shí)驗(yàn)研究表明，GPF-1，2，3是通過(guò)共價(jià)鍵連接在棉纖維表面。
　　 (2)目前，對(duì)低表面能高分子涂層材料（主要是有機(jī)硅化合物和有機(jī)氟化合物）的研究和應(yīng)用主要集中在線(xiàn)型聚合物。超支化聚合物是具有三維球狀結(jié)構(gòu)的高度支化的大分子，可以通過(guò)對(duì)其大量末端官能團(tuán)的化學(xué)改性來(lái)獲得某些具有特殊性質(zhì)的材料。本章中，我們?cè)O(shè)計(jì)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(jìn)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(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)而只取決于末端氟碳鏈的長(zhǎng)短。處理過(guò)的織物對(duì)水的接觸角滯后、噴淋潤(rùn)濕效果（AATCC測(cè)試法）以及拒油性強(qiáng)烈依賴(lài)HPEFs/HPUFs表面自由能高低。經(jīng)HPEF13/HPUF13(氟碳鏈為CF3(CF2)5-）處理過(guò)的棉織物呈現(xiàn)出優(yōu)異的拒水拒油性能:拒水和拒油級(jí)別分別為90分和6級(jí)。所有處理過(guò)的織物對(duì)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(shí)具有好的牢固性（耐久性），我們?cè)O(shè)計(jì)合成了一系列含有反應(yīng)性官能團(tuán)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(wú)關(guān)。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(jí)別分別為90分（接觸角142-143°）和6級(jí)（接觸角90-92°）。處理過(guò)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(jí)。耐久性對(duì)照實(shí)驗(yàn)研究表明聚合物和棉纖維表面之間有共價(jià)鍵連接。
　　 (4)超疏水性因其在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用中的重要性而成為表面潤(rùn)濕性研究的熱點(diǎn)，其通常是通過(guò)大的接觸角（大于150°）和小的滑落角（小于5°）來(lái)表征。我們知道，疏水性可以通過(guò)

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(guò)構(gòu)建微米和納米級(jí)的粗糙結(jié)構(gòu)并結(jié)合低表面能改性獲得。本章中，我們通過(guò)對(duì)多壁碳納米管(MWCNT)表面進(jìn)行功能化修飾，設(shè)計(jì)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(duì)經(jīng)嚴(yán)格純化后的產(chǎn)物通過(guò)FT-IR、TGA、XPS、TEM和SEM研究表明，超支化聚合物是通過(guò)共價(jià)鍵連接在多壁碳納米管表面。MWCNT-HPEF/