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1、 防水、防油、防污多功能后整理技术研究进展防水、防油、防污多功能后整理技术研究进展 中国纺织科学研究院 谢孔良【摘要】本文综述了防水、防油、防污多功能后整理技术 研究进展，重点讨论了有机氟系 列防水、防油、防污多功能整理剂的结构特征、联合增效效应、结构与性能的关系和发展 方向，并对今后工作提出了建议。1.前言 根据国内外纺织品的发展趋势和人们生活的需要，技术含量高的多功能产品越来越受人 们的重视。越来越多的纺织品如服装面料、无纺布、装饰用纺织品、地毯、产业用纺织品 等迫切 要求进行同时具有防水、防油、防污等多功能整理，而又不改变织物在透气、透湿 等方面的性能，这方面的后整理已引起人们的关注。
2、在防水领域里，我国目前使用的防水剂主要有以下几种类型： 石蜡一铝皂，由石蜡、硬脂酸铝皂等配成的乳液 吡啶季胺盐和硬脂酸铬络合物 羟甲基三聚氰胺衍生物 有机硅型防水剂 聚醚、聚氨酯系列 有机氟系列 以上几种防水剂真正起到防水、防油、防污性能而又具特效作用当属有机氟系列，实际 上，随着近年来有机氟工业的发展，有机氟精细化学品和含氟功能性高分子材料已经成为 新兴氟 化学领域的重要分支，含氟织物整理剂是有机氟精细化学品代表之一。由于有机氟 织物整理剂能够赋予织物以优异的拒水、拒油、防污、抗静电等特性，因此这一领域的研 究工作非常 活跃，本文重点论述这类整理剂的结构特征和研究进展。2.有机氟织物整理剂的
3、性能特征 氟是元素周期表中电负性最强的元素，碳氢键上的氢被氟取代后，键能增加 1.5（键能为.，键能为 11 )。由于氟原子的共价半径为 0.，略大于氢原子，相当于 键长 1.31 的一半，因此氟原子可以把碳链很好地屏蔽起来，保持高度的稳定性。同时， 由于碳氟键 距短（为 1.317，为 1.7） ，表面能低，因此就显示出各种 各样的特殊性能，主要表现如下： 一般的表面活性剂溶于水时，可将水的表面张力下降到 30左右。有机 氟 化合物则可使水的表面张力下降到 10-15，而且这种大幅度降低的倾向无论 在水中还是在有机溶剂中都相同，因而表现出优异的疏水性和疏油性。 有机氟整理剂的表面张力极度降低
4、，使得润湿力和渗透力大为提高，在各种不同物质的 表面都很容易润湿和铺展。 有机氟整理剂在强酸、强碱中均显示出稳定性，不分解，故可使用于各种环境。 低浓度高效果。只需使用很低浓度，即可发挥优良效果，可以保持织物良好的手感和优 异的透气性、透湿性。总之，这类含氟整理剂与有机硅类和烃类整理剂相比，在表面活性、拒水性、拒油性、拒 污性、耐洗性、耐热性和耐腐蚀性等方面有着不可比拟的优点。在防水性方面，其耐洗性 比有 机硅防水剂高近 10 倍以上1 。由于有机氟化合物可以赋予纺织品以优异的性能， 因此从它问世以来，发展极为迅速。自美国 3公司首先推出商品名为“ ”含氟整理剂以来，杜帮、帝国化学、赫司特、拜
5、尔、汽巴一嘉基等公司也竞相研究， 并推出自己的产品。在 70 年代以后，旭硝子、住友等公司也进行了大量研究工作，这一领 域正在不断发展中。 3.含氟多功能整理剂的结构特征 含氟织物整理剂有单体含氟整理剂和聚合物含氟整理剂，由于前者耐干洗性较差，因此后 者用量较多。一般来说，含氟聚合物整理剂的分子结构由以下 4 个部分构成： 氟碳化合物。这一部分是赋予织物防水、防油、防污的关键结构； 缓冲链节。由于氟碳链的强极性，容易造成分子的稳定性减弱，为了增加分子内的稳定 性，常常在分子中增加缓冲链节，主要有22、2等； 高分子链节。这一类整理剂是高分子化合物，通常是与丙烯酸、乙烯、苯乙烯等带有双 链的分子
6、相连，再通过聚合获得一定分子量的； 改性部分。为了使含氟整理剂具有某些特性，通常在分子中引入一些改性基团，这样可 以使被整理织物具有某些特殊性能。 通过使用、等仪器手段对日本旭硝子 710 产品的剖析资料看， 710 主要结构也是由以上几部分组成。红外光谱上有 1701强 0 吸收峰， 201处有弱的烷基吸收峰，11001300 1处有特强的振动峰，120、1210、1101处为强的伸缩振动。实际为全氟丙烯酸酯共聚物。 3.1.全氟烷基化合物的合成 有机氟化合物的极低表面能特征来自于3、2、2等基团， 即使在 322的末端只含有一个3基团时也能发挥重要作用，而 322的全氟烷基化合物的作用则更
7、为明显，表 1 为分子结构与 拒水拒油性 之间的关系。 从表 1 可以看出，即使具有一个3基团，化合物也表现出较好的拒水性；随着氟碳链 长度的增加，3的取向性增加，拒油性迅速提高，一般在5 以上，即可使整 个链 段屏蔽，达到优异性能。这些化合物主要通过电解氟化法、调聚法和齐聚法制备。 表 1. 有机氟化合物分子结构与防水性、防油性之间的关系防油性*防水性30502507037070511100707151207031913080注：*表示该项的数值越大、效果越好。 3.1.1.电解氟化法 发明了在无水氟化氢中对羟酸进行电化学氟化的方法，制得了全氟酰化物： 21（22）21当用酰卤或碘酰氯化替羧
8、酸进行电化学反应时，可以得到产率较高的全氟化合物。例如， 辛酰氯或碘酰氯在阳极周围进行电解氟化合物，烷基上的氢被氟置换，从而得到全氟化合 物，变化情况如下：715(+)715 8172(+) 8 172 3.1.2.调聚法 以3、25、 （3）2等全氟烷基碘调聚四氟乙烯、 全氟丙烯等全氟烯 烃，制得的低聚调聚物，可用作各种含全氟烷基化合物的中间体，其反应式为 f22f（22）n f32f（3）n 全氟烷基碘不能与亲核试剂如、3 等直接进行亲核反应，而且也不能直接转变为 氟碳拒水剂的中间体，但全氟烷基碘可以与乙烯反应： （2）22（2）22 在烷基碘分子中，碘原子经过亚甲基2与全氟烷基隔开，则很
9、容易和亲核试剂发 生 反应，转变成多功能整理剂的中间体。 3.1.3.齐聚法 把四氟乙烯、全氟丙烯等全氟烯烃，以氟化钾、氟化铯等为催化剂中进行聚合，制得低聚 物。四氟乙烯齐聚时，五聚体占 50以上，四聚体、六聚体、七聚体占 1015，生 成物都是异构化烯烃，不生成烯烃。 全氟丙烯齐聚得到二聚体和三聚体混合物，内部均是链烯烃结构，进而可合成各种齐聚物。3.2.有机氟防水、防油、防污多功能整理剂 有机氟聚合物多功能整理剂大多是丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯类的乙烯类聚合物，有关文献 报导的主要差异在于全氟烯烃基和聚合物主链间的键接不同，主要有全氟醇类丙烯酸酯化 合物 ，全氟烷基磺酰胺衍生物以及全氟烷基胺类
10、化合物。 3.2.1.全氟醇类丙烯酸酯聚合物35 全氟醇类丙烯酸酯聚合物的结构式可表示为：式中：1，2，3，；，。 该聚合物的合成路线为，首先对全氟羧酸催化加氢，即 3（2）3（2）2 生成 1，1，全氟醇，然后与丙烯酸或甲基丙烯酸在硫酸作用下酯化：3（2）2丙烯酸酯在引发剂作用下，进行聚合，在聚合中也常常加入一些其它带有丙烯基的改性组 分进行共聚，然后产品经复配，得到商品。 近年来，旭硝子和等厂家又推出了含有芳烃结构的含氟整理剂，较为典型的 结构为：这一类化合物的整理效果比脂肪族要好，但合成工艺较复杂，通常是在芳烃上引入含氟部 分，再接入双链。例如，以水杨酸为原料合成，先用全氟醇酯化，然后进
11、行第二次酯化：3.2.2.全氟烷基磺酰胺衍生物8 这类化合物的通式为其中：全氟烷基；烷基，羟乙基等；1，。 这类整理剂中含有磺酰胺基、羟基等基团，通常为易去污型整理剂，合成时通常以全氟烷 基磺酰卤为原料，与乙胺、乙醇胺等反应： 3（2）22233（2） 2223 3（2）222223（2） 2222 引入丙烯酸后，再发生聚合反应：美国 3公司的 系列即属此类产品。 3.2.3.全氟胺类化合物 这类含氟织物整理剂的结构特点是在分子中含有全氟烷基的叔胺结构，如：其合成方法与全氟醇相同。 尽管含氟整理剂被广泛地用于防水、防油、防污整理，但在后来应用于合成纤维时就出现 了一些问题。比如经过含氟整理剂处
12、理的织物，一旦被污染，就会留下不易洗去的污渍， 原因 是处理后织物表面的自由能相当低，极难被再润湿，即使用普通的表面活性剂对此也 显得无能为力。所以，早期的含氟织物整理剂虽有优异的防水、防油、防污性能，但易去 污性较差 。为改善这一性能，在后来加工织物整理剂时采取加入改性基团或改性共聚物的 方法，如引入亲水性基团： 222（3）3 或211（3）3 造成拒水、拒油和亲水基团共存的局面。这样在洗涤时，就可以在表面活性剂的作用下， 达 到易去污的目的。 目前，国外研究机构和生产厂家均注意到这个问题，并且不断地加以改进，如美国 3公 司 产品 系列中的一些品种，在分子中引入了聚氧乙烯醚链 节， 使其
13、具有抗静电、易去污的功效。 除以上结构外，含硫化合物的氟烷硫基化合物也见诸报导，它可用作棉织物防水、防油整 理10 ，羟甲基丙烯酰胺与六氟锆酸盐或六氟钛酸盐混合处理也具有防污特性 11 。 4.有机氟整理剂的拒水、拒油、防污整理 有机氟多功能整理剂是低浓高效整理剂，它既不影响被整理织物的色光，也不影响其它后 整理工序，其整理工艺简单，可根据不同纤维分别采用浸轧法、喷射法或竭染法。一般采 用浸 轧法，工艺为在室温下，以适当浓度浸轧织物，然后于 80110预烘 2，1 0下烘焙 2，这一过程可连续操作。 在纤维素纤维织物整理时，还可与含有提高洗可穿性和耐久压烫性能以及改善抗皱性能的 交联剂，如三聚
14、氰胺、乙二醛树酯、氨基甲酸酯等混合使用。 目前，国际市场上出售的均为乳液状树脂。以织物重量计，附着在纤维上的固体约为 1（ .） ，其中以氟化物存在的固体约为 0.25（.） ，这一部分氟碳化 合物， 就提供了足够的防水、防油性。 5.有机氟拒水、拒油、防污机理及联合增效效应 拒水拒油是以有限的润湿为条件的，表示经处理的织物在静态条件下，对抗油污渗透作用 的能力。而且一般认为“拒水”和“防水”两个概念不尽相同，防水即拒水又不透气，是 一种 夸大的说法。从表面化学的因素分析，若使液体(包括水、油、油性污垢)不能润湿固 体表面，则固体的临界张力必须小于液体，这时液体与固体的接触用 大于0(如图)则液 体不 能润湿固体表面，反之，0，则固体表面被润湿。液体通过织物静压强可由方程得到。水具有高表面张力（72.010-5 2 5） 。因此，以 临界表面张力 为 30105的疏水性脂肪烃类化合物或用 为2105有机硅，可具有拒水性。脂肪油表面张力为 2030105必须 应用含氟整理才能
