新型氟硅表面活性剂的制备及性能研究

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有机硅表面活性剂具有低表面张力、良好的乳化、润湿、润滑等作用,但耐化学介质较差,将有机氟引入聚硅氧烷中,可以获得具有更低表面张力、良好耐化学稳定性等优异性能的氟硅表面活性剂,广泛应用于航天、汽车、纺织等领域。本文旨在利用溶液聚合法合成三种离子型的新型氟硅表面活性剂,使其具有高表面活性;应用于织物整理时,能有效提高织物的柔软度、去污性、拒油性,且要求对被整理织物的白度、吸水性等影响较小。因此,本文的主要研究内容如下:以1,3,5-三甲基-1,3,5-三(3‘,3’,3‘-三氟丙基)环三硅氧烷(D3F)、八甲基环四硅氧烷(D4)、四甲基环四硅氧烷(D4H)、六甲基二硅氧烷(MM)为原料在酸催化下经开环聚合反应制得初始中间体含氟含氢硅氧烷(FPHMS),将FPHMS进一步分别与端环氧基烯丙基聚醚、端羟基烯丙基聚醚经硅氢加成反应得到中间体端环氧基聚醚改性氟硅聚合物(EPFS)和端羟基聚醚改性氟硅聚合物(PFS)。然后,利用EPFS与叔胺的胺解开环反应制得季铵盐型阳离子表面活性剂(QAFS);利用EPFS与肿胺、氯乙酸等反应制得两性氟硅表面活性剂(AFSS);利用PFS与马来酸酐通过酯化反应制得羧酸盐型阴离子表面活性剂(CFSS);用红外光谱、核磁氢谱确证了产物为预期目标物质,并通过正交试验探讨了最佳合成工艺。其中,QAFS的最佳合成工艺为:反应温度为80~85℃,反应时间为6h,物料配比为n(EPFS):n(TEA)=1:1.05.AFSS的最佳合成工艺为:物料配比为n(EPFS):n(二乙胺)=1:1,,n(二乙胺):n(氯乙酸)=1:1.2,反应时间为6h,反应温度为80℃。CFSS的最佳合成工艺为:物料配比为n(PFS):n(马来酸酐)=1:1.1,反应时间为8h,反应温度为70℃通过对QAFS.AFSS.CFSS基本物化性能的研究,获得了产物离子类型与表面性能之间的关系。对临界胶束浓度(cmc)和表面张力(γcmc)的测定结果表明,季铵盐型阳离子表面活性剂具有比两性及阴离子氟硅表面活性剂更优良的界面性能,其临界胶束浓度为0.275g/L,表面张力(γcmc)达到20.21mN/m:对苯的增溶力研究发现,季铵盐型阴离子表面活性剂比两性及阴离子表面活性剂对苯的增溶力都强,为3.0;对乳化力的研究发现,QAFS在环己烷中有较大的乳化力,达到了1590s.AFSS.CFSS对苯的乳化力也相对较高,分别达到了200s、530s;对表面活性剂的稳定性研究发现,三种离子型的氟硅表面活性剂均具有很好的耐酸碱盐性,在硬水中的稳定性都非常好,其平均稳定性和示差稳定性均达到5级。将QAFS、AFSS、CFSS应用于织物整理,被整理后织物(QAFS/Fab、 AFSS/Fab、CFSS/Fab)的柔软度、拒油性、去污性等性能得到了明显改善。以产物QAFS为织物整理剂,其最佳的工艺条件为:整理液浓度为0.4g·(100mL水)-1,定型温度为150℃,定型时间为60s。在最佳应用工艺下整理的织物,其柔软度明显提高,尤其以QAFS/Fab的柔软度变化最为明显,弯曲刚度从空白的513mN降至268mN;织物的吸水性和白度与未整理织物相比,均未受到较大影响;QAFS/Fab、AFSS/Fab、CFSS/Fab拒油性都达到了B级,对水溶性污渍(可乐和咖啡)有非常好的去污效果,均达到了5级;对油溶性的污渍(油墨和食用油)去污效果相对较差,达到了4级。
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