CN114808455B - 一种环境友好型无氟织物防水透湿剂、制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于环保织物功能整理剂领域，公开了一种环境友好型无氟织物防水透湿剂、制备方法与应用。该透湿剂是由单体、交联剂、引发剂、溶剂A、溶剂B、调节剂和稀释剂制备而成，其中单体包括十八烯、甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸丁酯、乙烯基封端聚二甲基硅氧烷和丙烯酸；所述调节剂为N，N‑二甲基乙醇胺；所述稀释剂为水。本发明提供的防水透湿剂可在织物表面形成防水透湿膜使织物对各种水性液体具有防水性能，其水接触角可达155°左右，滚动角可达6°左右，水珠很容易从织物表面滚落，在多种苛刻环境下仍能保持优良的防水效果。

Description

一种环境友好型无氟织物防水透湿剂、制备方法与应用

技术领域

本发明涉及环保织物功能整理剂领域，具体涉及一种环境友好型无氟织物防水透湿剂、制备方法与应用。

背景技术

传统的纺织品防水涂层，主要是一类添加含氟化合物的织物后整理剂，含氟防水剂应用于织物具有一定的防水性，但含全氟辛烷磺酰基类化合物(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)，难以降解，生物累积性极高，严重影响了生态环境，已被欧盟等出口国禁用。现有的防水透湿剂涂敷织物表面，使透气孔隙被堵塞，织物手感较硬，透气性差。因此，此类织物多用于制作雨衣，帐篷等材料，不适用于运动服、衣鞋帽等贴身衣物，严重限制了其在诸多实际场景中的实际应用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供环境友好型无氟织物防水透湿剂、制备方法与应用，通过同步改进组分、配比与制备工艺，使该防水透湿剂可在织物表面形成防水透湿膜使织物对各种水性液体具有防水性能。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种环境友好型无氟织物防水透湿剂，包括单体、交联剂、引发剂、溶剂A、溶剂B、调节剂和稀释剂，其中：

所述单体包括十八烯、甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸丁酯、乙烯基封端聚二甲基硅氧烷和丙烯酸；

所述调节剂为N，N-二甲基乙醇胺；

所述稀释剂为水。

在一些优选的实施方式中，所述单体中各单体的质量百分比为：

十八烯 40-78％；

甲基丙烯酸十八烷基酯 10-30％；

甲基丙烯酸丁酯 10-30％；

乙烯基封端聚二甲基硅氧烷 1-10％；

丙烯酸 1-10％。

在一些优选的实施方式中，所述交联剂为N-羟甲基丙烯酰胺和/或N-羟乙基丙烯酰胺；所述交联剂占所述单体的3-10wt.％。

在一些优选的实施方式中，所述引发剂为偶氮二异丁腈和/或过硫酸铵；所述引发剂占所述单体的0.5-5wt.％。

在一些优选的实施方式中，所述溶剂A和溶剂B独立的为异丙醇、丙二醇丁醚、二丙二醇二甲醚中的至少一种；所述溶剂A和溶剂B的质量比(1:1)-(1:3)。

在一些优选的实施方式中，所述乙烯基封端聚二甲基硅氧烷的分子量为1000-5000。

本发明的另一目的在于提供前述无氟织物防水透湿剂的制备方法，包括以下步骤：

将所述单体、所述交联剂、所述引发剂与所述溶剂A、溶剂B混合，加入到由所述溶剂A和溶剂B溶解的所述引发剂中，升温反应，反应完成后降温，再加入所述调节剂进行中和反应，加入所述稀释剂稀释分散后得到乳液体系，制得所述无氟织物防水透湿剂。

在一些优选的实施方式中，所述升温反应的反应温度在80-100℃，反应时间5-12h，所述中和反应的反应温度在30-70℃，反应时间10-60min。

在一些优选的实施方式中，所述稀释分散的搅拌转速在500-8000rpm/min，搅拌时间5-30min。

在一些优选的实施方式中，所述无氟织物防水透湿剂的固含量在1-20％。

本发明的再一目的在于提供一种所述无氟织物防水透湿剂在织物上的应用，所述织物包括运动服、医疗防护服或普通衣鞋帽。

本发明的又一目的在于提供一种防水透湿织物，所述防水透湿织物由所述无氟织物防水透湿剂整理得到。

在一些优选的实施方式中，所述整理包括以下步骤：

将所述织物浸泡在所述无氟织物防水透湿剂中，然后轧压，经短时烘烤得到无氟防水透湿织物。

在一些优选的实施方式中，所述浸泡的时间为10-60min；所述轧压的轧余率为50-85％；所述烘烤的温度为120-200℃，所述烘烤时间为1-20min。

本发明的有益效果为：

(1)本发明通过同步改进组分、配比与制备工艺，使该防水透湿剂可在织物表面形成防水透湿膜使织物对各种水性液体具有防水性能。本发明的无氟织物防水透湿剂不含氟化物，且为水性涂料，绿色环保；制作工艺极为简单，生产成本低，适用于工业化生产。

(2)本发明的无氟织物防水透湿剂具有超疏水性质，经所述无氟织物防水透湿剂处理的织物表面水接触角可达155°，水滚动角达6°，可以使织物拥有自清洁的效果。

(3)本发明的无氟织物防水透湿剂处理的织物具有耐强酸、强碱性质，在不同pH条件下，仍能保持超疏水性质。

(4)本发明的无氟织物防水透湿剂处理的织物具有耐洗涤的效果，经洗衣液洗涤数次，仍能保持超疏水性质。

(5)本发明的无氟织物防水透湿剂处理的织物具有良好的透气性，涂敷后的织物留有透气通道，使织物兼具防水和透湿的效果。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是实施例1所制备的无氟织物防水透湿剂在静置6个月的稳定性能测试图；

图2是水在实施例1所制备无氟防水透湿织物表面的接触角状态图；

图3是几种常见液体饮料在实施例1所制备的无氟防水透湿织物上的状态图；

图4是实施例1所制备的无氟防水透湿织物表面水的滚动状态；

图5是实施例1所制备的无氟防水透湿织物纤维表面的SEM图。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

本发明提供的环境友好型无氟织物防水透湿剂，其由单体、交联剂、引发剂、溶剂A、溶剂B、调节剂和稀释剂制成，其中：所述单体包括十八烯、甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸丁酯、乙烯基封端聚二甲基硅氧烷和丙烯酸；所述调节剂为N，N-二甲基乙醇胺；稀释剂为水。

所述单体中各单体的质量百分比为：十八烯40-78％；甲基丙烯酸十八烷基酯10-30％；

甲基丙烯酸丁酯10-30％；乙烯基封端聚二甲基硅氧烷1-10％；丙烯酸1-10％。

前述环境友好型无氟织物防水透湿剂的制备方法，包括以下步骤：

将所述单体、所述交联剂、所述引发剂与所述溶剂A、溶剂B混合，加入到由所述溶剂A和溶剂B溶解的所述引发剂中，升温反应，反应完成后降温，再加入所述调节剂进行中和反应，加入所述稀释剂稀释分散后得到乳液体系，制得所述无氟织物防水透湿剂。

所述无氟织物防水透湿剂在织物上的应用，所述织物包括运动服、医疗防护服或普通衣鞋帽。

一种防水透湿织物，所述防水透湿织物由所述无氟织物防水透湿剂整理得到。

本发明的作用机理为：各种烯基单体以及双键硅油在引发剂下进行溶液聚合，制备出侧链具有长链烷烃和低表面能乙烯基封端聚二甲基硅氧烷结合的疏水聚合物；然后用N,N-二乙醇胺将疏水聚合物中的羧酸根进行中和，赋予聚合物稳定的水分散性能，聚合物中的交联剂在成膜过程中会发生自交联，形成致密的聚合物网络。

以下通过多个具体的实施例来加以详细说明。

实施例1

本发明实施例提供的无氟防水透湿织物，其组分、配比，及制备、应用的步骤如下：

(1)合成无氟织物防水透湿剂

分别称取3.9g溶剂异丙醇、丙二醇丁醚和0.012g 2，2’-偶氮二异丁腈并加入至三颈烧瓶中，用油浴锅加热升温至90℃，再将4.4g十八烯、0.4g N-羟甲基丙烯酰胺，1.6g甲基丙烯酸十八烷基酯、1.2g甲基丙烯酸丁酯、0.16g丙烯酸、0.24g分子量为2000的乙烯基封端聚二甲基硅氧烷、0.056g 2，2’-偶氮二异丁腈、2.1g异丙醇、2.1g丙二醇丁醚超声混合后滴定加入三颈烧瓶中，滴定30min，然后再加入0.012g 2，2’-偶氮二异丁腈，升温至100℃，保温10h，反应结束后冷却至室温，加入0.178g N，N-二甲基乙醇胺在50℃下反应30min，用乳化机高速水分散10min，用水稀释至固含10％；

(2)织物浸轧

将织物浸泡在步骤(1)所制得的无氟织物防水透湿剂中，二浸二轧，浸泡1次10min，轧余率为70％-80％；

(3)热处理

将步骤(2)的织物在160℃下烘烤5min，得到无氟防水透湿织物。

实施例2

本发明实施例提供的无氟防水透湿织物，其组分、配比，及制备、应用的步骤如下：

(1)合成无氟织物防水透湿剂

分别称取3.9g溶剂异丙醇、丙二醇丁醚(1：1)，0.012g 2，2’-偶氮二异丁腈加入至三颈烧瓶中，用油浴锅加热升温至90℃，再将4.4g十八烯、0.4g N-羟甲基丙烯酰胺、1.36g甲基丙烯酸十八烷基酯、1.36g甲基丙烯酸丁酯、0.24g丙烯酸、0.24g分子量为1250的乙烯基封端聚二甲基硅氧烷、0.056g 2，2’-偶氮二异丁腈、2.1g异丙醇、2.1g丙二醇丁醚超声混合后滴定加入三颈烧瓶中，滴定30min，然后再加入0.012g 2，2’-偶氮二异丁腈，升温至100℃，保温10h，反应结束后冷却至室温，加入0.263g N，N-二甲基乙醇胺在50℃下反应30min，用乳化机高速水分散10min，用水稀释至固含10％；

(2)织物浸轧

将织物浸泡在步骤(1)所制得的无氟织物防水透湿剂中，二浸二轧，浸泡1次10min，轧余率为70％-80％；

(3)热处理

将步骤(2)的织物在160℃下烘烤5min，得到无氟防水透湿织物。

应用与实验例

1、测定实施例2所述无氟防水透湿织物的表面水接触角和水滚动角，测得接触角为155±2°，滚动角为6±1°。

图2为水在所述无氟防水透湿织物表面的接触角状态图；图3为常见液体在所述无氟防水透湿织物上的状态图，几种常见饮料在防水透湿整理剂处理后的织物表面呈圆润的球状液滴。图4为所述无氟防水透湿织物表面水的滚动状态。

2、测量所述无氟防水透湿织物的透气率，测定结果如下表1所示：

表1

如表1所示，所述无氟防水透湿织物的透气率从697±54mm/s变至720±35mm/s。

图5为所述无氟防水透湿织物纤维表面的SEM图，织物留有湿气透过微通道，便于人体汗液的向外排出，说明织物在具有防水性能的同时兼具透气性。

3、耐机械压力摩擦实验

将实施例1制备的无氟防水透气织物在载重100g下，以30freq/min的速率进行摩擦100次，此过程定义为一个周期，进行5个周期的耐机械压力摩擦性能测试，在分别进行每个周期的机械压力摩擦后，测量无氟防水透湿织物的水接触角和水滚动角，测定结果如下表2所示：

表2

4、耐强酸强碱实验

将实施例1制备的无氟防水透气织物浸入pH值为2-14的强酸(HCl)/强碱(NaOH)中10min，在不同pH溶液环境下，测量无氟防水透湿织物的水接触角和水滚动角，测定结果如下表3所示：

表3

如表所示，在2-14的7个pH值溶液环境中，所述无氟防水透湿剂整理的织物在不同pH环境下的水接触角均不低于142°，水滚动角均在10°左右。

5、耐洗涤实验

将实施例1制备的无氟防水透气织物放入0.15％(wt)的洗涤液水溶液中，通过磁力搅拌300rpm搅拌30min，再用清水冲洗2min，此过程定义为一个洗涤周期，每经1个周期的洗涤，测量无氟防水透湿织物的水接触角和水滚动角，共进行5个周期的洗涤，测定结果如下表4所示：

表4

如表4所示，经无氟防水透湿剂处理的织物在分别进行5个周期洗涤下的水接触角均不低于140°，水接触角均在10°左右。

本发明上述提供的防水透湿剂，可在织物表面形成防水透湿膜使织物对各种水性液体具有防水性能，其水接触角可达155°左右，滚动角可达6°左右，水珠很容易从织物表面滚落，在多种苛刻环境下仍能保持优良的防水效果。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种环境友好型无氟织物防水透湿剂，其特征在于，其是由单体、交联剂、引发剂、溶剂A、溶剂B、调节剂和稀释剂制备而成，其中：

所述单体包括十八烯、甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸丁酯、乙烯基封端聚二甲基硅氧烷和丙烯酸；

所述调节剂为N，N-二甲基乙醇胺；

所述稀释剂为水；

所述单体中各单体的质量百分比为：

十八烯 40-78%；

甲基丙烯酸十八烷基酯 10-30%；

甲基丙烯酸丁酯 10-30%；

乙烯基封端聚二甲基硅氧烷 1-10%；

丙烯酸 1-10%；

所述交联剂为N-羟甲基丙烯酰胺和/或N-羟乙基丙烯酰胺；所述交联剂占所述单体的3-10wt.%；

所述溶剂A和溶剂B独立的为异丙醇、丙二醇丁醚、二丙二醇二甲醚中的至少一种；所述溶剂A和溶剂B的质量比(1:1)-(1:3)；

所述乙烯基封端聚二甲基硅氧烷的分子量为1000-5000；

所述环境友好型无氟织物防水透湿剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述单体、所述交联剂、所述引发剂与所述溶剂A、溶剂B混合，加入到由所述溶剂A和溶剂B溶解的所述引发剂中，升温反应，反应完成后降温，再加入所述调节剂进行中和反应，加入所述稀释剂稀释分散后得到乳液体系，制得所述无氟织物防水透湿剂；

所述升温反应的反应温度在80-100℃，反应时间5-12h，所述中和反应的反应温度在30-70℃，反应时间10-60min。

2.根据权利要求1所述的环境友好型无氟织物防水透湿剂，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁腈和/或过硫酸铵；所述引发剂占所述单体的0.5-5wt.%。

3.根据权利要求1-2任一项所述环境友好型无氟织物防水透湿剂在织物上的应用，所述织物包括运动服、医疗防护服或普通衣鞋帽。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：

将所述织物浸泡在所述无氟织物防水透湿剂中，然后轧压，经短时烘烤得到无氟防水透湿织物。

Images