聚氨酯改性氟代聚丙烯酸酯的合成及應(yīng)用研究.pdf

1、長氟碳鏈織物整理劑存在著生物積累和對環(huán)境的危害等問題，作為長鏈全氟烷基替代品的短氟碳鏈聚合物，其所具有的疏水疏油等低表面能性質(zhì)卻很難與長氟碳鏈聚合物相比擬。為了提高短氟碳鏈聚合物的疏水疏油性，同時(shí)降低含氟量，減少生產(chǎn)成本，利用分子設(shè)計(jì)原理，在含短氟碳鏈的聚丙烯酸酯分子中引入含有聚醚基團(tuán)的聚氨酯鏈段，合成出一類聚氨酯改性的氟代聚丙烯酸酯聚合物，采用紅外光譜（IR）、核磁共振氫譜（1H-NMR）、場發(fā)射掃描電鏡（FE-SEM）、熱重分析儀（

2、TGA）、AFM（原子力顯微鏡）等儀器對物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性能等進(jìn)行分析。主要工作如下：
　?。?）以偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，以全氟己基乙基丙烯酸酯、丙烯酸羥丙酯為聚合單體與聚氨酯預(yù)聚體共聚，用丁酮肟將過量的-NCO基團(tuán)封閉，制得了聚氨酯改性的氟代聚丙烯酸酯（PUAF）。并用IR、1H-NMR、FE-SEM和AFM等儀器對PUAF的主組分結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，成膜性及應(yīng)用性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：PUAF產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)構(gòu)；經(jīng)PUAF處理的織物表

3、面覆蓋了一層有機(jī)氟樹脂膜，該膜包裹在纖維織物表面，能改變織物的疏水疏油性能和手感；而AFM對PUAF膜表面的微觀形貌觀察又發(fā)現(xiàn)PUAF膜表面呈現(xiàn)出眾多尖銳峰狀物的微觀相分離結(jié)構(gòu)；在R（NCO/OH）值為1.25，用量為1 g PUAF/100 g乙酸乙酯條件下，用PUAF處理后的織物，經(jīng)180℃焙烘1.5 min后，其疏水等級可達(dá)到90分、靜態(tài)接觸角可達(dá)到144.5°、疏油等級達(dá)到6級。
　?。?）采用逐步聚合法合成了水性聚氨酯交

4、聯(lián)劑（PUM），再利用乳液聚合法合成氟代聚丙烯酸酯乳液（FPA）。通過機(jī)械攪拌，將PUM乳液和FPA乳液混合均勻。在常溫下兩種乳液只是簡單的物理共混，在120℃以上的固化條件下聚氨酯中被封閉的-NCO基團(tuán)會(huì)解封，與氟代聚丙烯酸酯分子上的-OH發(fā)生反應(yīng)形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而得到水性聚氨酯改性的氟代聚丙烯酸酯（PUMF）。并用IR和1H-NMR對PUM和FPA主組分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征；通過TGA研究了乳膠膜的熱性能；將復(fù)合乳液PUMF用于織物整

5、理，然后對其整理后織物的應(yīng)用效果進(jìn)行研究；最后用場發(fā)射掃描電鏡（FE-SEM）研究了PUMF復(fù)合乳膠膜和整理后織物的表面膜形貌。
　　結(jié)果表明：產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)構(gòu)；TGA研究了乳液的乳膠膜的熱性能， 與FPA乳液的乳膠膜進(jìn)行了對比，結(jié)果顯示復(fù)合乳液PUMF的乳膠膜具有更好的熱穩(wěn)定性；FE-SEM對PUMF整理的織物進(jìn)行微觀形貌觀察，結(jié)果表明 PUMF可在纖維表面形成一層具有疏水疏油性膜，該膜包裹在纖維織物表面，能改變織物

6、的拒水拒油性能和手感；在PUM含量為2.5％、復(fù)合乳液用量為1.25 g/100 g H2O時(shí)，經(jīng)PUMF處理后的織物，在100℃焙烘5 min、180℃定型2 min后，其靜態(tài)接觸角可達(dá)到146.9°、疏水等級為90分、疏油等級達(dá)到6級。
　?。?）以全氟己基乙基丙烯酸酯（C6F）、甲基丙烯酸十八醇酯（SMA）、對氯甲基苯乙烯（CMS）為單體原料，以偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，在乳化劑的作用下將C6F、SMA、CMS與丙烯酸羥丙酯封端

7、的聚氨酯預(yù)聚體進(jìn)行乳液共聚，制得新型聚氨酯改性氟代聚丙烯酸酯復(fù)合乳液（WPUAF）?？疾炝烁鞣N因素對乳液聚合反應(yīng)的影響；用IR對乳液的主組分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征；然后用納米粒度儀對乳液粒徑分布進(jìn)行了表征，并對乳液在織物表面的應(yīng)用效果進(jìn)行研究和測試，最后用場發(fā)射掃描電鏡（FE-SEM）對整理后的織物表面微觀形貌進(jìn)行了觀察。
　　結(jié)果表明：乳液外觀乳白色帶藍(lán)色熒光；它的最佳反應(yīng)條件：復(fù)合乳化劑用量為5%，引發(fā)劑APS用量為0.9~1.1%，

8、反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)時(shí)間為4h。此時(shí)凝膠率和單體轉(zhuǎn)化率分別為2.62%和93.3%；經(jīng)IR、FE-SEM等研究發(fā)現(xiàn)，WPUAF具有預(yù)期的結(jié)構(gòu)；其乳液粒徑分布均勻，平均粒徑為132.7 nm；同樣，經(jīng)WPUAF處理的織物表面明顯覆蓋了一層氟樹脂膜；在用量為3.0 g/100 g的 WPUAF/H2O條件下用 WPUAF處理后的織物，經(jīng)100℃焙烘5min、180℃定型2 min后可表現(xiàn)出良好的疏水效果，織物表面接觸角可達(dá)到136.9°、