织物易去污用功能基团交换树脂的研究(2) yd13721

刘建平 臧健 常州纺织服装职业技术学院 江苏 常州213164

原载：染整技术2011/6；34-36

【摘要】本文探讨了功能基团交换树脂用于织物易去污的机理,研究了功能基团结构与易去污性能的关系,分析了功能基团结构、乳化剂种类的安全性。结果表明:主要单体为全氟烷基丙烯酸乙酯FA为6碳,丙烯酸酯AA侧链为18碳及甲基丙烯酸羟乙酯进行乳液共聚制得功能基团交换树脂,乳化剂为AE0非离子表面活性剂与阳离子表面活性剂复配物。该树脂与架桥剂封端异氰酸酯在织物上固化成膜,织物易去污的性能好又安全。

【关键词】织物;易去污;功能基团;交换树脂

【中图分类号】TS190.2 文献标识码:A 文章编号:1005-935O(2011)06-OO34-O3

3.2 FA/AA共聚物的防污性能

3.2.1 AA侧链碳原子数与后退接触角的关系

由图3知,AA侧链碳原子数增加, 使全氟烷基排列整齐度增加,后退接触角增大。当AA侧链碳原子数达到12以上,后退接触角接近前进接触角。这是因为AA侧链与全氟烷基都是低表面能基团,在空气低表面能环境的诱导下,与其他基团交换位置,定位在织物的表面。随着AA侧链碳原子数增加, 侧链排列整齐度增加,夹在中间的全氟烷基排列整齐度也增加,隔绝空气与织物的接触程度大,织物表面张力低,防污效果好。

Fig.3 the Dynamic Contact Ang1e of Coat Fi1m of Copo1ymer (AA with different carbon numbers in side chain)

3.2.2 AA侧链碳原子数与全氟烷基结晶关系

表2 the Connection of the crystallinity of Rf Groups and the Carbon Numbers of AA in side Chain

Carbon numbers of AA in side Chain	1	2	4	8	12	16	18	FA copo1ymerization
crysta11inity(%)	0	0	0	0	12	53	53	94

图4the Connection of the waterproofness and the

Numbers of Carbon in AA in sidc Chain

由表2可知,AA侧链烷基碳原子数12以上开始结晶,达到18明显结晶,与FA共聚结晶度提高。AA侧链与全氟烷基结晶后遇水不易回缩,AA侧链、全氟烷基指向空中防水性好。若AA侧链碳原子数8以下不结晶,遇水后全氟烷基由指向空中回缩涂膜内,水接触织物而产生润湿。

3.2.3 AA侧链烷基碳原子数与FIS/CIS的最高面积比关系

图5 the Connection of the Numbers of Carbon in AA in side Chain and the ratio of F1S/C1S

共聚物在空气和水中的表面状态,通过freezeetch XPS[6]来计算最高面积比F1S/C1S和01S/C1S。

F1S/C1S是FA全氟烷基与AA侧链烷基在表面所占的面积比,01S/C1S是亲水基团与AA侧链烷基在表面所占的面积比。由图5可知,随着AA侧链烷基碳原子数变小F1S/C1S的值也会变小,这是因为8碳以下不发生结晶,遇水后全氟烷基自发性地向涂膜内部后退,水接触织物表面产生润湿。针对以上情况,为了赋予FA/AA共聚物较高的防水性需要约束分子链的运动,即使是在与水接触也要保持与空气中一样的表面状态。当AA侧链烷基碳原子数增加至12以上开始结晶,当AA侧链烷基碳原子数增加至18以上则结晶度高,F1S/C1S的最高面积比显著增大,防污性能提高。

3.3 功能基团交换树脂的fliP-flop现象

功能基团交换树脂中除了低表面能基团全氟烷基和AA侧链烷基,还有高表面能基团羟基。在空气中时,FA全氟烷基和AA侧链烷基会向织物的表面定位[7],与此相反放入水中后亲水基羟基则会向纤维表面定位,FA全氟烷基和AA侧链烷基回缩到涂膜内。

由图6可知,Dry→Hydrated F1S/C1S减小而01S/C1S增加,在水中亲水基团占据了织物的表面。低表面能基团和高表面能基团受不同环境诱导相互交换,同时相互促进向织物的表面或内部定位[8],即低表面能基团转向空气中时,促使高表面能基团回缩涂膜内,反之也是。在水中基团交换时,高表面能基团把污垢从织物内部带到表面,脱落于水中。

Fig.6 the surface free energy and F1S/C1S or O1S/C1S in water or air

3.4 FA全氟烷基的碳原子数、乳化剂种类的安全性PFOS全氟辛烷磺酸C₈F₁₇S0₃H会进入人体的血液,积蓄在人体中时间较长。PFOA全氟辛酸C₇F₁₅COOH也会进入人体的血液,在人体中积蓄时间短,与PFOS相比PFOA的积蓄性要小得多,但是它同样具有积蓄性。可以确定C₄F₉C00H没有积蓄作用,因此FA全氟烷基的碳原子数为6时是安全的。但是,上面研究己得出FA全氟烷基的碳原子数8以下,全氟烷基排列混乱,防水性能差。为了FA全氟烷基排列整齐,遇水滴不回缩,使用架桥剂封端异氰酸酯与树脂一起成膜,膜的强度增大,使C₄F₉CH₂CH₂-排列整齐,表面能低,防水效果提高。

功能基团交换树脂为油性液体,直接涂布织物上不能均匀分布,并形成油迹,产生疵布。因此,必须把功能基团交换树脂制成水包油型的乳液。乳液共聚法采用单体在水中用乳化剂乳化后进行聚合,单体开始在胶束中引发聚合,胶粒逐步增大,形成水包油型的乳液,其中分散相就是功能基团交换树脂。乳化剂由非离子表面活性剂和阳离子表面活性剂复配而成,非离子表面活性剂不能使用烷基酚聚氧乙烯醚(APEO),APEO为环境激素会扰乱人体的内分泌系统,应选用AEO系列非离子表面活性剂。

3.5 功能基团交换树脂结构与成膜的关系

布朗(Brown)等人于1956年提出了聚合物乳液成膜完整的机理,引入一个重要的概念——最低成膜温度。乳液中聚合物具有弹性,能形成连续薄膜的最低温度称之为最低成膜温度(MFT)[9]。一般,聚合物(MFT)与聚合物的玻璃化温度(Tg)接近。因此,玻璃化温度低的丙烯酸酯单体引入共聚物非常必要,功能基团交换树脂中引入单体丙烯酸十八烷基酯。乳液中功能基团交换树脂在织物上成膜的过程为:乳液浸轧到织物上后,首先进行预烘,让大部分水蒸发;再进行焙烘,水份进一步蒸发,乳胶粒子靠拢形成毛细管,毛细管内的压强小于外面的大气压,乳胶粒子相互挤压而变型,高分子相互渗透并相互扩散粘结成膜。在织物上形成了功能基团交换树脂的膜,使织物具有易去污性能。

3.6 功能基团交换树脂结构与织物易去污性能的关系

评定防水用AATCC-22样卡,等级为0、50、70、80、90、100,其中0最差,100最好;评定防油用AATCC-118样卡,等级为1、2、3、4、5、6、7、8,其中1最差,8最好;评定易去污用AATCC-130样卡,等级为1、2、3、4、5,其中1最差,5最好。由表3可知,织物在用易去污剂表面改性前,极易沾污:织物在用易去污剂表面改性后,易去污性能很好。功能基团交换树脂由全氟烷基丙烯酸乙酯、丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸羟乙酯共聚,与架桥剂封端异氰酸酯交联在织物上成膜。织物处在空气中,亲水基团回缩在膜的内部,有利于全氟烷基定位在织物的表面,架桥剂封端异氰酸酯交联使膜的强度增大,使全氟烷基遇水滴不回缩,排列非常整齐指向空中而表面张力低,织物的防污效果好。当织物浸入水中,在高表面能环境的诱导作用下,亲水基团交换到膜的表面,全氟烷基回缩到膜的内部,同时,从全氟烷基碳间隙沾到织物上的污垢被亲水基反转时带到表面。由于亲水基定位在织物的表面,因此织物表面与水的界面张力极低,织物表面的污垢很容易脱落于水中[9],织物的易去污性能好。织物在空气中晾干后,亲水基团回缩到膜的内部,全氟烷基交换到膜的表面,织物又具有防污作用。最好晾干后的织物熨烫一下,否则织物的防污效果要差一些。这可能是织物内部含有水分,全氟烷基排列有些混乱,当织物内部水分蒸发掉后,全氟烷基排列非常整齐。

表3 the result of waterproofness(grease resistance or

easy decontamination)in modified texti1e

	easy eradicator	concentration(g/L)
testing item	0	30
waterproofness	0	100
grease resistance	1	8
easy decontamination	1	5

4 结论

本文采用易去污剂对织物表面进行改性,从而使织物具有易去污的性能。通过对功能基团交换树脂结构与改性织物易去污效果的研究,得出了主要单体为全氟烷基丙烯酸乙酯FA为6碳,丙烯酸酯AA侧链为18碳及甲基丙烯酸羟乙酯进行乳液共聚制得功能基团交换树脂,乳化剂为AE0非离子表面活性剂与阳离子表面活性剂复配物。该树脂与架桥剂封端异氰酸酯在织物上固化成膜,织物易去污的性能佳又安全。

5 参考文献

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[9] 刘建平等编著,染整助剂[M],上海:东华大学出版社,2009;162-169