CN102352000B - 有机-无机复合疏水/疏油表面处理剂的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及疏水/疏油表面处理剂的合成,旨在提供一种有机-无机复合疏水/疏油表面处理剂的合成方法。该方法包括:将钛醇盐和乙二醇混合物超声振荡处理获得含钛有机聚合物颗粒;再将该颗粒分散到水和乙醇中水浴处理,离心分离后制得具有一定表面粗糙度的亚微米级的二氧化钛颗粒;然后于乙醇超声振荡处理,以硅烷偶联剂改性;再混入含氟单体、丙烯酸酯类有机物、偶氮二异丁腈,水浴下反应后滴加过硫酸铵水溶液,冷却至室温获得产品。本发明大幅提高了处理剂的疏水、疏油性能,疏水角高达160°,拒油等级可达7级。并且通过表面结构的协同增强作用,减少了含氟单体使用量,降低了生产成本,可有效避免过多使用含氟聚合物对织物柔软度的不利影响。
Description
技术领域
本发明涉及疏水/疏油表面处理剂的合成,特别涉及一种有机-无机复合疏水/疏油表面处理剂的合成方法。
背景技术
表面处理是赋予材料新特性的一种重要技术手段,其中采用含氟聚合物乳液对基材进行处理,利用含氟物质的低表面能特性可有效增强基材的疏水、疏油性能,从而提高基材耐沾污、防水、抗腐蚀等性能,已广泛应用于织物、石材、木材等领域。目前,市场上的含氟处理剂主要成分是含氟丙烯酸酯乳液,如中国专利CN1958937A公开了一种拒水性能优异的含氟织物整理剂乳液,美国专利US6126849采用乳液聚合的方法制备了拒水拒油整理剂,但是对水的接触角仍在150°以下,并未形成超疏水表面,其疏水、疏油性能还有待进一步提高。
近三十年来,科学家们通过对荷叶表面微观结构进行观察,发现荷叶表面具有微米级的蜡质乳突结构,而每个微米级乳突的表面又是由许多与其结构相似的纳米级颗粒组成。这种微纳米复合结构与蜡质表面协同增强了荷叶表面疏水性能,获得自清洁的效果。这为新型疏水/疏油表面处理剂的开发提供了新的思路。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,克服现有技术中的不足,提供一种有机-无机复合疏水/疏油表面处理剂的合成方法。
为解决技术问题,本发明提供的有机-无机复合疏水/疏油表面处理剂的合成方法,包括如下步骤:
(1)将钛醇盐和乙二醇按质量比为1∶10~1∶30进行混合,然后倒入含水量为0.1%~5%(质量百分比)的丙酮中,丙酮用量为钛醇盐和乙二醇总质量的50倍;将上述混合物超声振荡处理1~10h,然后离心分离获得含钛有机聚合物颗粒;再将该颗粒分散到质量是其10倍的水和乙醇的混合溶液中,其中水与乙醇的质量比为1∶5~5∶1,然后在80℃水浴处理1~24h,离心分离后制得具有一定表面粗糙度的亚微米级的二氧化钛颗粒;
(2)将上述二氧化钛颗粒分散于其质量20~50倍的乙醇中,超声振荡处理2h后,将硅烷偶联剂和二氧化钛颗粒按质量比为1∶3~3∶1进行混合,然后在30~80℃水浴条件下处理1~24h,获得改性二氧化钛分散液;
(3)在改性二氧化钛分散液中,加入含氟单体和丙烯酸酯类有机物,使含氟单体、改性二氧化钛分散液、丙烯酸酯类有机物的质量比为1∶0.2~0.5∶0.8~1.2;然后按含氟单体与偶氮二异丁腈的质量比为1∶0.02~1∶0.05加入偶氮二异丁腈,在水浴温度为70℃、搅拌速度为450r/min的水浴条件下反应2~10h;最后通过恒压漏斗慢慢向三口烧瓶中滴加质量分数为8%的过硫酸铵水溶液,其加入量按含氟单体与过硫酸铵水溶液的质量比为1∶0.2~1∶0.5进行控制;经70℃保温1~5h后,冷却至室温获得有机-无机复合疏水/疏油表面处理剂。
本发明步骤(1)、(2)中所述超声振荡处理,是使用功率为100W的超声机进行振荡处理。
本发明步骤(1)中所述的钛醇盐,是钛酸乙酯、钛酸丁酯或钛酸异丙酯中的至少一种。
本发明步骤(2)中所述的硅烷偶联剂,是乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或丙烯基三甲氧基硅烷中的至少一种。
本发明步骤(3)中所述的含氟单体,是CH2=CH-(O)CO-CH2-CH2-CxF2x+1(X=4、6、8)中的至少一种。
本发明步骤(3)中所述的丙烯酸酯类有机物,是甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯或甲氧乙基丙烯酸酯中的至少一种。
与现有制备技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明通过将具有一定表面粗糙度的亚微米级二氧化钛颗粒与低表面能的含氟有机聚合物复合,构造出与荷叶类似的超疏水微纳表面结构,大幅提高了处理剂的疏水、疏油性能,疏水角高达160°,拒油等级可达7级。并且通过表面结构的协同增强作用,减少了对含氟单体的使用量,降低了生产成本,特别是当处理剂用于织物整理时,可有效避免过多使用含氟聚合物对织物柔软度的不利影响。
附图说明
图1经有机-无机复合疏水/疏油表面处理剂整理后织物对水的接触角电子显微图。
具体实施方式
以下结合具体实例对本发明做进一步说明。
本发明中有机-无机复合疏水/疏油表面处理剂的合成方法包括如下步骤:
(1)将钛醇盐和乙二醇按质量比为1∶10~1∶30进行混合,然后倒入含水量为0.1%~5%(质量百分比)的丙酮中,丙酮用量为钛醇盐和乙二醇总质量的50倍;将上述混合物在功率为100W的超声机中振荡1~10h,离心分离获得含钛有机聚合物颗粒;再将该颗粒分散到质量是其10倍的水和乙醇的混合溶液中,其中水与乙醇的质量比为1∶5~5∶1,然后在80℃水浴处理1~12h,离心分离后制得具有一定表面粗糙度的亚微米级二氧化钛颗粒。
(2)将上述亚微米级二氧化钛颗粒分散于其质量20~50倍的乙醇中,在功率为100W的超声机中振荡2h后,将硅烷偶联剂和二氧化钛颗粒按质量比为1∶3~3∶1进行混合,然后在30~80℃水浴条件下处理1~24h,获得改性二氧化钛分散液。
(3)在改性二氧化钛分散液中,加入含氟单体、丙烯酸酯类有机物,使含氟单体、改性二氧化钛分散液、丙烯酸酯类有机物的质量比为1∶0.2~0.5∶0.8~1.2;然后按含氟单体与偶氮二异丁腈的质量比为1∶0.02~1∶0.05加入偶氮二异丁腈,在水浴温度为70℃、搅拌速度为450r/min的水浴条件下反应2~10h;最后通过恒压漏斗慢慢向三口烧瓶中滴加质量分数为8%的过硫酸铵水溶液,其加入量按含氟单体与过硫酸铵水溶液的质量比为1∶0.2~1∶0.5进行控制,经70℃保温1~5h后,冷却至室温获得有机-无机复合疏水/疏油表面处理剂。
各实施例中的试验数据见下表:
最后,还需要注意的是,以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然,本发明不限于以上实施例子,还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种有机-无机复合疏水/疏油表面处理剂的合成方法,包括如下步骤:
(1)将钛醇盐和乙二醇按质量比为1∶10~1∶30进行混合,然后倒入含水量为质量百分比0.1%~5%的丙酮中,丙酮用量为钛醇盐和乙二醇总质量的50倍;将上述混合物超声振荡处理1~10h,然后离心分离获得含钛有机聚合物颗粒;再将该颗粒分散到质量是其10倍的水和乙醇的混合溶液中,其中水与乙醇的质量比为1∶5~5∶1,然后在80℃水浴处理1~24h,离心分离后制得具有一定表面粗糙度的亚微米级的二氧化钛颗粒;
(2)将上述二氧化钛颗粒分散于其质量20~50倍的乙醇中,超声振荡处理2h后,将硅烷偶联剂和二氧化钛颗粒按质量比为1∶3~3∶1进行混合,然后在30~80℃水浴条件下处理1~24h,获得改性二氧化钛分散液;
(3)在改性二氧化钛分散液中,加入含氟单体和丙烯酸酯类有机物,使含氟单体、改性二氧化钛分散液、丙烯酸酯类有机物的质量比为1∶0.2~0.5∶0.8~1.2;然后按含氟单体与偶氮二异丁腈的质量比为1∶0.02~1∶0.05加入偶氮二异丁腈,在水浴温度为70℃、搅拌速度为450r/min的水浴条件下反应2~10h;最后通过恒压漏斗慢慢向三口烧瓶中滴加质量分数为8%的过硫酸铵水溶液,其加入量按含氟单体与过硫酸铵水溶液的质量比为1∶0.2~1∶0.5进行控制;经70℃保温1~5h后,冷却至室温获得有机-无机复合疏水/疏油表面处理剂;
步骤(2)中所述的硅烷偶联剂,是乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或丙烯基三甲氧基硅烷中的至少一种;
步骤(3)中所述的含氟单体,是下述所列含氟单体中的至少一种:CH2=CH-(O)CO-CH2-CH2-CxF2x+1,X = 4、6、或8。
2.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,步骤(1)、(2)中所述超声振荡处理,是使用功率为100W的超声机进行振荡处理。
3.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,步骤(1)中所述的钛醇盐,是钛酸乙酯、钛酸丁酯或钛酸异丙酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,步骤(3)中所述的丙烯酸酯类有机物,是甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯或甲氧乙基丙烯酸酯中的至少一种。
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Application publication date: 20120215 Assignee: Zhejiang Peng Fu Long new materials Co., Ltd. Assignor: Zhejiang University Contract record no.: X2019330000024 Denomination of invention: Method for synthesis of organic-inorganic composite hydrophobic/oleophobic surface treatment agent Granted publication date: 20130102 License type: Exclusive License Record date: 20191011 |
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