含氟三防整理剂及其稳定乳化工艺的研究

含氟三防整理剂及其稳定乳化工艺的研究

叶辉,李进堂

浙江七色彩虹科技有限公司

摘要：本文通过对常规的乳化剂进行了筛选复配，提出了一种可实现较高含固量的不含PFOS/PFOA的含氟三防整理剂。

关键词：乳化、整理剂、红外光谱

1、技术背景

含氟整理剂是唯一能够同时实现防水、防油、防污和易去污功能的整理剂。目前主要的“三防”整理剂是含全氟侧链的(甲基)丙烯酸酯与(甲基)丙烯酸酯共聚物水性乳液。然而，该类“三防”整理剂一般都含有持久性有机污染物PFOS或PFOA类化合物。因此，开展PFOS/PFOA类化合物的替代研究，开发出绿色环保型“三防”和易去污针织物及其配套整理剂是一个迫切任务，更是一个重大机遇。

2、含氟三防整理剂的结构介绍

在合成出不含PFOS/PFOA的化学品后，如何对其进行乳化，使其能维持相对较长的储存期限，并同时含有较高的有效含固量，使其适合纺织品整理加工工艺的应用，对常规的乳化剂进行了筛选复配，首先提供出一种可实现较高含固量的不含PFOS/PFOA的含氟三防整理剂。

结构式为：

其中，a、b、c均为整数，a、b、c三者之和为6的倍数。

该含氟整理剂既含有亲水亲油的两亲基团，又含有交联反应基团，对其进行乳化工艺的要求，既要得到高含固量的含氟整理剂溶液，又要保证乳化效果相对较长时间的稳定，因此选用小分子量的阴离子和非离子表面活性剂，按不同比例复配后，再加入合成的三防整理剂进行剪切乳化，制备稳定的高含固量含氟整理剂溶液。

3、稳定乳化工艺

该新型含氟整理剂的稳定乳化主要通过以下步骤实现：

3.1将SDS，OP-10，SPAN 60、TWEEN 80等阴离子和非离子表面活性剂，按质量比例称好。

3.2先往非离子表面活性剂中加入一定比例的去离子水进行超声分散处理或剪切处理，之后再加入阴离子表面活性剂超声分散或剪切处理均匀，调节溶液pH至6-7。

3.3再加入一定数量的新型含氟整理剂，先以20-60r/min的速度进行慢速预搅拌混合均匀，再调整为250-300r/min的速度进行高速剪切搅拌3～5h，调节含氟整理剂的加入量，含氟整理剂在乳化体系中的含固量可在30-70％。

3.4检测乳化后的含氟整理剂放置的稳定性。

在进行试验过程中，选择了不同比例的阴离子和非离子表面活性剂，试验1选择了将SDS、OP-10、TWEEN 80、AEO-9按1:6:6：6的质量比例，试验2选择了将SDS、SPAN 60、OP-10按1:4:6的质量比例，试验3选择了将SDS，OP-10，TWEEN80，SPAN 60按1:6:6:2的质量比例。

4、性能测试

4.1含氟三防整理剂的确认和鉴定：

该含氟三防整理剂的分子量为1800-2000，外观为棕褐色液体。对该含氟三防整理剂进行核磁共振和红外光谱检测，具体参见图1和图2。

图1                            图2

由图1的核磁共振成像图谱可看出：δ＝3.6-4.0ppm为聚醚的特征峰(-CH2-CH2-O)，同时δ＝4.7ppm处的硅氢(Si-H)质子特征峰消失，说明硅氢加成反应已经完全。δ＝0.1ppm附近是硅氧烷的与硅相连甲基(-Si-CH3)质子峰，δ＝1.0ppm附近是硅氧烷的与硅相连亚甲基(-Si-CH2)质子峰。

同时由图2的红外谱图中也没有出现2150cm-1附近Si-H特征吸收峰，说明硅氢加成反应完全。2150cm-1为聚醚的特征吸收峰，1260cm-1为Si-CH3的特征吸收峰，1020～1100cm-1处为Si-O的不对称伸缩振动吸收峰，2860～2950cm-1处为聚醚中亚甲基(-CH2-CH2-O)的特征吸收峰，其强度明显增加。通过核磁和红外分析证明，硅氢加成反应基本100％完全转化。

由红外和核磁共振检测结果与分析，说明我们合成的含氟三防整理剂具有上述提供通式的结构。

4.2稳定型含氟三防整理剂的确认和鉴定：

乳化剂乳化后的含氟三防整理剂与乳化前颜色不同，呈微带蓝光的白色乳液，乳化后含氟三防整理剂溶液粘度变小，整理剂有效含量在30～70％范围。测试乳化后的整理剂溶液红外谱图和紫外可见光谱扫描曲线，结果如下：

    (1)乳化后的含氟三防整理剂的红外谱图，在3500～3200cm-1处出现强、宽的氢键吸收峰，说明乳化后形成新的氢键，结合溶液表面张力数值降低，说明乳化后的含氟三防整理剂性能更稳定。

(2)通过紫外可见光谱扫描曲线比较整理剂乳化前后的光谱吸收峰的变化，在275nm吸收峰增强，这是酚醚结构的典型吸收峰，推测可能是含氟整理剂与乳化剂中的氧乙烯结构发生结合所致。

4.3.防水性能：

将上述3个试验例所得到的最终产品进行防水剂性能指标测试（检测依据：JC/T1018-2006），具体结果详见下表：

5、总结

本文介绍的含氟三防整理剂不含PFOS/PFOA，经过稳定乳化处理后，能维持相对较长的储存期限，并同时含有较高的有效含固量，适合纺织品整理加工工艺的应用。

参考文献

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