CN1315483A - 一种超双疏（疏水、疏油）表面处理剂和用途 - Google Patents

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本发明一种超双疏(疏水、疏油)表面处理剂是由含氟有机硅氧烷化合物(CnF2n+1X)2N[CH2CH2N(CnF2n+1X)]yCH2CH2CH2Si(OR)340－80份(其中y=0,1,2;n=2－10的整数;R=－CH3,－C2H5;X=－CH2CH2－,或－SO2NR1CH2CH2－：R1=H,或C1－C4的烷基);硅酸酯(CH3)mSi(OR4)4－m4－12份(其中R4=－CH3,－C2H5;m=0,1,2);全氟代乙烷(CF2ClCFCl2,CF2ClCF2Cl,CFCl2CFCl2或CF3CCl3)100－500份,水0－2份和浓H2SO4 0－2份组成。本发明可用于玻璃、陶瓷、金属、纸制品、塑料、纤维和纺织物表面的防油、防水处理及鱼雷、舰船和输油、输水管道的减阻处理。

Description

一种超双疏(疏水、疏油)表面处理剂和用途
本发明涉及一种超疏水、疏油的表面处理剂，特别涉及玻璃、陶瓷、织物、金属等表面的疏水疏油处理。
玻璃、陶瓷的表面疏水、疏油处理，一般都是使用含氟的表面处理剂。美国专利US 5688864报道了一种含氟的硅表面处理剂，用于处理玻璃等化合物的表面，从而使处理物的表面具有疏水疏油性；美国专利US5688309报道了一种疏水、疏油表面处理剂的组合物，主要成份为长链氟烷基的(甲基)丙烯酸酯和烷基的(甲基)丙烯酸酯及不饱和酸酐的共聚物，但上述处理剂在处理玻璃时，影响了玻璃原有的透明度。美国专利US4946992报道了用含氟的二元醇和二异氰酸酯反应，得到带有含氟基团的聚氨酯处理剂，这种处理剂适合织物类的疏水处理，能够得到比较好的手感，但是在疏油性和透明性方面还不好。中国专利CN 1189524A“防水组合物”和CN95193350“防油和防水的水性组合物”提供的方法匀不能同时具有良好的疏水、疏油性能和透明性，且上述专利对水和油的接触角在0-150°之间，未达到超疏水、疏油(对水或油的接触角在150°以上)的效果。
本发明的目的是克服已有技术中不能同时具有良好的疏水、疏油性能和透明性，不能达到超疏水、疏油的效果的缺点，而提供一种同时具有良好的疏水、疏油性能和透明性的表面处理剂，该处理剂适用于玻璃、陶瓷、金属、纸制品、塑料及纤维和纺织物表面的疏水疏油处理。
本发明一种超疏水、疏油表面处理剂的目的是通过以下组分和含量实现的(重量份数)：(Ⅰ)氟烷基有机硅化合物    40-80份
上述化合物的结构为：
(CnF2n+1X)2N[CH2CH2N(CnF2n+1X)]yCH2CH2CH2Si(OR)3；
其中y=0,1,2；n为2-10的整数
R=CH3-,C2H5-
X为-CH2CH2-或-SO2N(R1)CH2CH2-
R1为H，或C1-C4的烷基(Ⅱ)硅酸酯(CH3)mSi(OR4)4-m    4-12份
其中R4=-CH3,-C2H5；m=0,1,2(Ⅲ)全卤代乙烷(CF2ClCFCl2,CF2ClCF2Cl,CFCl2CFCl2或CF3CF3)
                            100-500份(Ⅳ)H2O                       0-2份(Ⅴ)浓H2SO4                   0-2份
本发明一种超疏水、疏油表面处理剂的制备方法是：将上述含有氟烷基的有机硅化合物40-80份，加硅酸酯(CH3)mSi(OR4)4-m4-12份，水0-2份，搅拌10分钟，滴加0-2份的浓硫酸，继续搅拌60分钟，加入全卤代乙烷100-500份，搅拌均匀，即得到一种超疏水、疏油表面处理剂。
本发明一种超疏水、疏油表面处理组合物的用途是用于处理玻璃、陶瓷、金属、纸制品、塑料、纤维和纺织物表面。经接触角仪测定，用本发明处理剂处理后的上述各类材料表面对水和油(正十六烷为标准)的接触角均达到150°-170°，即达到超疏水、疏油的效果，并能保持玻璃和塑料薄膜原有透明性。
经扫描隧道显微镜观察，上述表面处理剂可在所处理表面上形成纳米尺寸几何形状互补的(凸与凹相间)的表面结构。由于在纳米尺寸低凹的表面可吸附气体分子，所以在宏观表面上相当于有一层稳定的气体薄膜，使油或水无法与材料的表面直接接触，从而使材料的表面呈现超双疏性，即与水和油的接触角均达到150°以上。该超双疏性可广泛应用于玻璃、陶瓷、金属、纸制品、塑料、纤维和纺织物表面防油、防水处理。同时，由于上述表面处理剂可使物质表面稳定存在一层气体薄膜，则相当于气垫船的减阻原理，因而上述超疏水、疏油表面处理剂可用于各类输油、输水管道(钢铁或塑料表面)及鱼雷、舰船和潜艇(钢铁表面)的表面减阻处理。
实施例l
将(C8F17CH2CH2)2NCH2CH2CH2Si(OC2H5)3 80克，加Si(OC2H5)4 4克，水2克，搅拌10分钟，滴加0.5克的硫酸，继续搅拌60分钟，加入CF2ClCFCl2 100克，搅拌均匀，涂在玻璃表面，室温(25℃，以下同)干燥后，升温至120℃,20分钟，经过处理的玻璃表面，保持了原有的透光性，对水的平衡接触角为155°，对正十六烷的接触角为152°。
实施例2
将(C6F13CH2CH2)2NCH2CH2N(CH2CH2C6F13)CH2CH2CH2Si(OCH3)3 80克，加Si(OCH3)4 12克，加水2克搅拌10分钟后，滴加2克的硫酸，继续搅拌60分钟后加入溶剂CF2ClCFCl2 500克，搅拌均匀，涂在玻璃表面，室温晾干后，将玻璃在120℃干燥20分钟，经过处理的玻璃，保持了原有的透光性，对水的接触角为160°，对正十六烷的接触角为154°。
实施例3：
将(C8F17CH2CH2)2NCH2CH2CH2Si(OC2H5)3 80克，加CH3Si(OC2H5)3 6克，搅拌10分钟后，加溶剂CF2ClCF2Cl 100克，稀释后，搅拌均匀，将此处理剂涂在陶瓷表面，干燥后在120℃烘干20分钟，得到的陶瓷表面对水的接触角为156°，对正十六烷的接触角为152°。
实施例4
将(C8F17CH2CH2)2NCH2CH2CH2Si(OC2H5)3 80克，加CH3Si(OC2H5)3 8克，水1克，搅拌10分钟，滴加2.0克的硫酸，继续搅拌60分钟，加入CF3CCl3 100克，搅拌均匀，喷涂在钢板表面，室温干燥后，升温至120℃,20分钟，经过处理的钢板表面，对水的平衡接触角为160°，对正十六烷的接触角为158°。
实施例5
将(C10F21CH2CH2)2NCH2CH2N(CH2CH2C10F21)CH2CH2CH2Si(OC2H5)3 40克，加(CH3)2Si(OCH3)2 4克，搅拌10分钟，加入CF2ClCFCl2 100克，搅拌均匀，将上述组合液喷雾在棉布表面，室温干燥后，在140℃烘5分钟，经过处理的棉布，保持了原有的手感特性，对水的平衡接触角为155°，对正十六烷的接触角为153°。
实施例6
将(C8F17CH2CH2)2N[CH2CH2N(CH2CH2C8F17)]2CH2CH2CH2Si(OC2H5)340克，加(CH3)2Si(OC2H5)2 4克，水2克，搅拌10分钟，加入CF2ClCF2Cl 500克，搅拌均匀，将上述组合液喷雾在纸张表面，室温干燥后，用80℃热风烘5分钟，经过处理的纸张，对水的平衡接触角为165°，对正十六烷的接触角为157°。
实施例7
将(C8F17CH2CH2)2N CH2CH2NHSO2CH2CH2CH2CH2CH2Si(OCH3)3 40克，加Si(OCH3)4 4克，搅拌10分钟，加入CFCl2CFCl2 500克，搅拌均匀，将上述组合液喷雾在塑料薄膜表面，室温干燥后，在50℃烘5分钟，经过处理的塑料薄膜，保持了原有的透光性，对水的平衡接触角为170°，对正十六烷的接触角为150°。
实施例8
将(C2F5CH2CH2)2N[CH2CH2NCH3SO2CH2CH2]2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3 40克，加Si(OCH3)4 4克，搅拌10分钟，加入CF2ClCF2Cl 100克，搅拌均匀，将上述组合液喷雾在塑料薄膜表面，室温干燥后，在50℃烘5分钟，经过处理的塑料薄膜，保持了原有的透光性，对水的平衡接触角为164°，对正十六烷的接触角为153°。实施例9
将(C2F5CH2CH2)2N CH2CH2NC2H5SO2CH2CH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3 60克，加Si(OCH3)4 4克，搅拌10分钟，加入CF2ClCF2Cl 100克，搅拌均匀，将上述组合液喷雾在喷涂在钢管内表面，室温干燥后，在150℃烘20分钟，经过处理的钢管内表面，对水的平衡接触角为164°，对正十六烷的接触角为153°。
实施例10
将(C2F5CH2CH2)2N CH2CH2NC4H9SO2CH2CH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3 70克，加Si(OCH3)4 6克，搅拌10分钟，加入CF2ClCF2Cl 300克，搅拌均匀，将上述组合液喷雾在喷涂在塑料管内表面，室温干燥后，在150℃烘20分钟，经过处理的塑料管内表面，对水的平衡接触角为164°，对正十六烷的接触角为153°。

Claims (6)

1．一种超疏水、疏油表面处理剂，其特征在于所述的表面处理剂由以下组分和含量(重量份数)组成：
(1)氟代有机硅氧烷化合物    40-80份；
所述的氟代有机硅氧烷化合物的结构式为：(CnF2n+1X)2N[CH2CH2N(CnF2n+1X)]yCH2CH2CH2Si(OR)3
其中y=0,1,2；n=2-10的整数；R=-CH3,-C2H5；X=-CH2CH2-，或-SO2NR1CH2CH2-；R1为H，或C1-C4的烷基
(2)硅酸酯(CH3)mSi(OR4)4-m    4-12份其中R4=-CH3,-C2H5；m=0,1,2。
(3)全卤代乙烷     100-500份
(4)H2O           0-2份
(5)浓H2SO4       0-2份
2．根据权利要求1所述的一种超疏水、疏油表面处理剂，其特征在于所述的全卤代乙烷为CF2ClCFCl2,CF2ClCF2Cl,CFCl2CFCl2或CF3CCl3。
3．根据权利要求1所述的一种超疏水、疏油表面处理剂的用途，其特征在于所述的表面处理剂用于玻璃、陶瓷、金属、纸制品、塑料或纤维和纺织物表面的防油、防水处理。
4．根据权利要求1所述的一种疏水、疏油表面处理剂的用途，其特征在于所述的表面处理剂用于输油、输水管道内表面减阻处理。
5．根据权利要求1所述的一种超疏水、疏油表面处理剂的用途，其特征在于所述的表面处理剂用于水中行驶物的表面减阻处理剂。
6．根据权利要求5所述的一种超疏水、疏油表面处理剂的用途，其特征在于所述的水中行驶物为鱼雷、舰船和潜艇。
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