CN108822672A - 一种抗油污喷剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种抗油污喷剂，包括主剂和醇溶性的助剂，其中主剂的合成方法如下：将含有不饱和C＝C双键的邻苯二酚衍生物C10+2nH10+ 4nO2(其中3≤n＜20)分散到碱性溶液中混合保护酚羟基，不被氧化，在链引发剂的作用下，将溶液A与不饱和丙烯酸酯类混合，酸化之后进行酚羟基的氧化，使得酚羟基全部氧化成醌，在引发剂作用下滴加氟化物改性剂，将含氟化合物接枝到主链上，加入醇溶性的助剂，获得抗油污喷剂。本发明所述的抗油污喷剂，可以用于多种材质的基体上，形成具有一定耐热能力的疏油涂层，可长效保持基体不受油渍、油烟污染，保持基体清洁如新。

Description

一种抗油污喷剂
技术领域
本发明属于防污清洁领域，尤其是涉及一种抗油污喷剂。
背景技术
仿生，向大自然动、植物学习，一直是人类发明新材料的灵感源泉，借鉴荷叶的疏水性能，疏水、疏油表面的制备和研究成为近几十年来学者研究的热点。疏油表面能够起到抗油污功效，能够从根本上做到油滴不存留，不浸润，不污染，在人们的日常生活和工业生产中具有十分重要的意义，且应用前景广泛。例如：疏油织物可以制备拒油工作服装、餐桌布等；疏油表面能够提高金属材料的防腐性、减阻性、抗氧化性；疏油表面能够实现油水分离，用于石油化工领域；疏油表面还能杜绝家庭厨房烹饪过程中产生的油渍、油烟对油烟机及灶具污染，实现零沾污。
通过杨氏方程结合Wenzel模型和Cassie模型可知，固体表面浸润性是由自身表面的化学组成和几何结构共同决定的，这也是目前科研工作者开发疏油表面的基本理论基础。目前有一种油水分离网膜，通过合成网膜材料，用于石油、食品、机械等领域中有疏油要求的地方。与之相类似还有很多疏油材料的发明，他们的共同点都是合成或者制备了一种新材料能够起到疏油、抗油作用。但是对于生活和生产过程中存在的材料、设备、工具、服装、绝大多数是亲油的材料，对油污本身没有抗拒性能，如何对既有材料进行改造，将亲油，容易被油渍污染的材料表面变成疏油、抗油污表面还有待研发。目前也有专利提供了金属基表面的超疏油制备方法，并没有实用于玻璃、瓷砖、PVC、陶瓷等其他基材，实用性不广。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种抗油污喷剂，可以用于多种材质的基体上，自然表干，形成具有一定耐热性的疏油涂层，可长效保持基体清洁如新。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种抗油污喷剂，包括主剂和醇溶性的助剂，其中主剂的合成方法如下：
步骤一：酚羟基保护
在25℃～60℃的温度下将含有不饱和C＝C双键的邻苯二酚衍生物C10+2nH10+4nO2(其中3≤n＜20)分散到碱性溶液中，其中邻苯二酚衍生物C10+2nH10+4nO2质量分数不超过20％，充分溶解5小时～24小时，优选8小时～10小时，形成溶液A，C10+2nH10+4nO2充分溶解在碱性溶液中的目的是，形成对应的C10+2nH8+4nO2X2(其中3≤n＜20，X为H或可溶性碱的金属元素)，碱性环境能够保护酚羟基，不被氧化；优选的X为H、Na、K。
步骤二：加成聚合
在链引发剂的作用下，将溶液A与不饱和丙烯酸酯类混合，邻苯二酚衍生物支链末端的双键打开，不饱和丙烯酸酯类双键打开，进行加成得到含有C14+2nH14+4nO2R2X2(其中3≤n＜20，R根据酯类化合物决定)的混合溶液B；反应时间根据反应体系温度恒定，不再放热进行判断，优选体系反应温度恒定超过10小时以上，其中，邻苯二酚衍生物和不饱和丙烯酸酯类化合物摩尔比为1：10～2：1，优选1：2；
步骤三：氧化酚羟基
向溶液B中加入过量的无机酸进行酸化，直至体系成为中性，恢复得到酚羟基，得到溶液C。向溶液C中通入强氧化剂，将步骤二得到的C14+2nH14+4nO2R2X2进行氧化，使得酚羟基全部氧化成醌，得到含有C14+2nH14+4nO2R2(其中3≤n＜20，R根据酯类化合物决定)的溶液D，氧化反应时间控制在5～20小时，优选8～12小时；
将溶液D用二氯甲烷、三氯甲烷、正己烷、正庚烷、乙酸乙酯、四氯化碳中的一种进行萃取，并旋转蒸发得到淡黄色粉末固体E，将淡黄色粉末固体E超声分散于醇溶液中，同时磁力搅拌1h～3h，获得混合液F。其中优选甲醇、乙醇或者异丙醇，淡黄色粉末固体E与醇溶液质量比控制在(0.5～5.5)：(60～200)；
步骤四：支链改性
在偶氮化合物作引发剂或者采用光化辐射方式的作用下向混合液F中滴加氟化物改性剂，其中混合液F中溶质C14+2nH14+4nO2R2与氟化物改性剂的摩尔比范围在(1：1)～(1：4)，且滴加速度以每分钟0.001ml～5ml为宜。待氟化物改性剂全部滴加完毕，成功将含氟化合物接枝到主链上，使得主链获得低表面能，生成含有主剂C16+2n+2mH14+4nO2R2M2F6+4m(其中3≤n＜20，5≤m，R根据酯类化合物决定，M根据氟化改性剂决定)的混合液G，继续磁力搅拌反应10h～24h；
向混合液G中加入2％～5％体积份数的醇溶性的助剂，利用离心挤压均质器或液流碰撞均质器，进行均质，最终获得抽油烟机抗油污喷剂；
C10+2nH10+4nO2：
C10+2nH8+4nO2X2：
C14+2nH14+4nO2R2X2：
C14+2nH16+4nO2R2：
C14+2nH14+4nO2R2：
C16+2n+2mH14+4nO2R2M2F6+4m：
优选的，醇溶性的助剂为醇溶性聚氨酯、几丁聚糖、聚乙烯醇等助剂中的一种或几种。
优选的，不饱和丙烯酸酯类为1，4-丁二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种。
优选的，步骤四中的氟化物改性剂为2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯、全氟辛酸、全氟十二烷酸、全氟癸酸甲酯、全氟十二烷酸甲酯、1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷、1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
优选的，步骤三中的强氧化剂为纯氧、过氧化氢、重铬酸钾、次氯酸纳或高锰酸钾中的一种。
优选的，步骤四中C14+2nH14+4nO2R2与氟化物改性剂的摩尔比为1：1～1：4。
优选的，步骤四中的光辐射方式为波长254nm紫外光辐氙灯灯照射。
优选的，步骤一中的碱性溶液的pH为8.0～10.0，碱性溶液为氨气通入水或者通入水和极性有机溶剂的混合物，优选的是氨气通入水和醇类的混合物中。
优选的，步骤三中的无机酸为非氧化性酸，更优选的为盐酸。
优选的，步骤二中的链引发剂为过氧化物或偶氮化合物。
本发明的抗油污喷剂不适用于易被醇腐蚀或与醇反应的基材，例如挤塑聚苯塑料，其它的基材几乎都可以喷涂，例如：金属，石材，玻璃，纤维，纸张，木材，皮革等，喷涂后材料表面均可以实现较好的抗油污功效。
相对于现有技术，本发明所述的抗油污喷剂具有以下优势：
本发明所述的抗油污喷剂，喷涂在部件的表面形成具有疏油功能的且有一定耐热性的稳定透明涂层，可以保护表面不受油渍污染，长久保护部件不受油渍污染，不粘油污。
附图说明
图1为实施例1处理过的抽油烟机的机体表面疏油图；
图2为实施例2处理过的抽油烟机的扇叶表面疏油图；
图3为实施例2处理过的抽油烟机扇叶表面油滴瞬间滚动图；
图4为实施例2形成的涂层的TG/DSC曲线图；
图5为实施例1处理过的抽油烟机连续工作180天后，机体表面疏油图；
图6为实施例2处理过的抽油烟机连续工作300天后，扇叶表面疏油图。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例及附图来详细说明本发明。
实施例1
一种抗油污喷剂包括如下制备方法：
配置碱性溶液：将乙醇与水按体积比1：1混合配制1000g溶液，向溶液中持续通入氨气直至溶液pH＝9.0，将150g化合物C30H50O2分散到上述碱性溶液中，在30℃的温度下溶解搅拌10小时，形成混合溶液A(C30H50O2)。
以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂，向溶液A中加155g的1，6-己二醇二丙烯酸酯(C12H18O4)，待加成反应18小时后温度不再变化，继续搅拌10小时，得到溶液B(C54H86O10)。
向溶液B中注入0.001mol/L的盐酸，逐滴加入至溶液体系直至成为中性，此时得到溶液C。
向溶液C中通入纯氧10小时，得到溶液D，氧化结束后，利用乙酸乙酯萃取产物，并通过旋转蒸发器获得淡黄色粉末固体E(C54H84O10)。
取100g淡黄色粉末固体E再次超声分散于2kg乙醇，磁力搅拌2h，获得混合液F。
用紫外光辐氙灯全程照射反应容器，以0.5ml/min滴加速度向混合液F逐滴滴加全氟辛酸(C8HF15O2)55ml，全部滴完继续搅拌反应18h，得到混合液G。
混合液G加入40ml醇溶性聚氨酯，液流碰撞均质后最终获得抽油烟机抗油污喷剂。
常温常压下利用喷枪将实施例1合成的抗油污喷剂喷涂于抽油烟机机体表面，经1h自然表干，在抽油烟机基体表面形成一层透明涂层，食用花生油滴在机体表面的静态接触角图片见图1，因该涂层具有混合液G中的成分，长链干燥后能够在助剂帮助下与抽油烟机机体牢牢粘接，并且含氟支链具有低表面能，能够使涂层表面张力小于油滴的表面张力，因此喷过抗油污喷剂的机体表面能够具有“荷叶效应”，油滴与机体表面平均静态接触角达到138°，花生油无法附着和润湿机体表面，实现抗油污功效。
上述喷涂有实施例1的喷剂的抽油烟机连续工作180天后，机体表面疏油图见图5，抽油烟机连续工作，反复的油烟污染，半年内，花生油在抽油烟机机体表面平均静态接触角仍然达到138°，说明抗油污效果具有长效性。
实施例2
一种抗油污喷剂包括如下制备方法：
配置碱性溶液：配制pH＝10的氢氧化钠水溶液200g，与200g甲醇混合配成400g的碱性溶液，将38g化合物C26H42O2分散到上述碱性溶液中，在50℃下磁力搅拌8h，形成混合溶液A(C26H40O2Na2)。
以过氧化氢为引发剂，向溶液A中加40g的1，4-丁二醇二丙烯酸酯(C10H14O4)，待反应结束后，得到溶液B(C46H68O10Na2)。
向溶液B中逐滴注入过量稀盐酸，至溶液体系直至成为中性，此时得到溶液C(C46H70O10)。
向溶液C中通入纯氧12小时，得到溶液D，氧化结束后，利用三氯甲烷萃取产物，并通过旋转蒸发器获得淡黄色粉末固体E(C46H68O10)。
取淡黄色粉末固体E50g再次超声分散于2.5kg甲醇，磁力搅拌2.5h，获得透明的混合液F。
加入偶氮二异丁腈(AIBN)，并以0.35ml/min滴加速度逐滴滴加全氟癸酸甲酯(C11H3F19O2)50ml，全部滴完继续搅拌反应15h，得到混合液G(C68H74F38O14)。
混合液G加入40ml几丁聚糖，再进行液流碰撞均质，最终获得抽油烟机抗油污喷剂。
在油烟机的扇叶上使用实施例2合成的喷剂，花生油滴在扇叶表面的静态接触角图片见图2，由图2可知，油滴与扇叶表面接触角达到了146°，扇叶表面完全不受花生油的浸润，油滴无法在扇叶表面展开。
对扇叶上的静态花生油滴轻吹一口气，采用高清连拍CCD摄像机连拍的花生油瞬间滚走的照片，见图3，可见由于扇叶表面具有实施例2中混合液G中的主要成分C68H74F38O14，侧链上裸露的含氟官能团和甲基官能团都能够大大降低扇叶表面的表面能，使得花生油在扇叶表面呈现油珠形态，无法铺展润湿表面，该油珠状态不稳定，倾斜扇叶或轻吹一口气，油珠瞬间滚落，扇叶表面不存油污，因此在实际工作过程中，油烟机的扇叶处于高速旋转中，油烟和油滴无法在扇叶表面停留和附着，实现抗油污功效。
将实施例2合成的喷剂喷涂在油烟机的扇叶上形成涂层，对形成的涂层的TG/DSC测试结果，见图4。由图4可知，400℃以前该涂层的主要成分稳定，无明显质量损失，同时400℃前没有明显吸热峰出现，证明化合物没有分解，尤其是苯环上的低表面能的侧链官能团在该温度下能够稳定存在，因此疏油效果满足家庭烹饪温度。
实施例2中的抽油烟机连续工作300天后，扇叶表面疏油图见图6，反复的油烟污染，300天后再次测试扇叶表面与花生油的静态接触角，平均值仍然能够达到145°，说明说明抗油污效果具有长效性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗油污喷剂，其特征在于：包括主剂和醇溶性的助剂，其中主剂的合成方法如下：
步骤一：酚羟基保护
将含有不饱和C＝C双键的邻苯二酚衍生物C10+2nH10+4nO2(其中3≤n＜20)与碱性溶液混合，形成含有C10+2nH8+4nO2X2(其中3≤n＜20，X为H或可溶性碱的金属元素)混合溶液A；
步骤二：加成聚合
在链引发剂的作用下，将溶液A与不饱和丙烯酸酯类混合，邻苯二酚衍生物支链末端的双键打开，不饱和丙烯酸酯类双键打开，进行加成得到含有C14+2nH14+4nO2R2X2(其中3≤n＜20，R根据酯类化合物决定)的混合溶液B；
步骤三：氧化酚羟基
先用过量的无机酸酸化上述步骤二得到的溶液B，恢复得到酚羟基C14+2nH16+4nO2R2，进而用强氧化剂进行氧化，使得酚羟基全部氧化成醌，得到C14+2nH14+4nO2R2(其中3≤n＜20，R根据酯类化合物决定)；
步骤四：支链改性
C14+2nH14+4nO2R2与氟化物改性剂在偶氮化合物作引发剂或者采用光化辐射方式的作用下将氟化改性剂接枝到主链上，在引发剂或者光辐射激发的条件下，醌C＝O双键打开，同时含氟改性剂的C＝O也打开，并接枝在一起，使得主链获得低表面能，得到主剂C16+2n+2mH14+ 4nO2R2M2F6+4m(其中3≤n＜20，5≤m，R根据酯类化合物决定，M根据氟化改性剂决定)；
C10+2nH10+4nO2：
C10+2nH8+4nO2X2：
C14+2nH14+4nO2R2X2：
C14+2nH16+4nO2R2：
C14+2nH14+4nO2R2：
C16+2n+2mH14+4nO2R2M2F6+4m：
2.根据权利要求1所述的抗油污喷剂，其特征在于：醇溶性助剂为醇溶性聚氨酯、几丁聚糖、聚乙烯醇等助剂中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的抗油污喷剂，其特征在于：邻苯二酚衍生物和不饱和丙烯酸酯类化合物摩尔比为1：10～2：1。
4.根据权利要求2或3所述的抗油污喷剂，其特征在于：不饱和丙烯酸酯类为1，4-丁二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯中的任意一种。
5.根据权利要求2所述的抗油污喷剂，其特征在于：步骤四中的氟化物改性剂为2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯、全氟辛酸、全氟十二烷酸、全氟癸酸甲酯、全氟十二烷酸甲酯、1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷、1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
6.根据权利要求2所述的抗油污喷剂，其特征在于：步骤三中的强氧化剂为纯氧、过氧化氢、重铬酸钾、次氯酸纳或高锰酸钾中的一种。
7.根据权利要求2所述的抗油污喷剂，其特征在于：步骤四中C14+2nH14+4nO2R2与氟化物改性剂的摩尔比为1：1～1：4。
8.根据权利要求2所述的抗油污喷剂，其特征在于：步骤一中的碱性溶液的pH为8.0～10.0，碱性溶液为氨气通入水或者通入水和极性有机溶剂的混合物，优选的是氨气通入水和醇类的混合物中。
9.根据权利要求2所述的抗油污喷剂，其特征在于：步骤三中的无机酸为非氧化性酸，优选的为盐酸。
10.根据权利要求2所述的抗油污喷剂，其特征在于：步骤二中的链引发剂为过氧化物或偶氮化合物。
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