[发明专利]纳米杂化阳离子氟代聚丙烯酸酯乳液的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阳离子氟代聚丙烯酸酯乳液的制备方法，具体地说涉及一种分子侧链携带有水合SiO₂或TiO₂纳米粒子的杂化阳离子氟代聚丙烯酸酯乳液的制备方法。

背景技术

氟代聚丙烯酸酯，表面能低、界面性能优异，用于纤维织物的后整理，易在纤维基质表面铺展成膜。当其包裹在纤维表面后，它不仅能明显改善纤维的表面性能和手感，赋予基质理想的憎水憎油性、耐洗、防污和易去污性能，而且不影响织物的卫生、透气性以及透湿功能，超疏水是其目前应用性能的重要发展方向之一。

所谓超疏水，亦即水在固体界面上的静态接触角大于150°的现象。在超疏水界面的构筑过程中，低表面能的氟、硅化合物以及具有微纳米结构的粗糙界面在其中均起着非常重要的作用。仿生研究表明，在疏水组分相同条件下，通过增加基质界面的粗糙度，一般可明显改善界面的疏水性能。因此，用硅溶胶或纳米粒等与疏水性氟、硅化合物共混处理基质，成为专利文献中获取超疏水性能的常用方法(见US2008/0090004、US2008/153687、CN15635565、CN1525001)。如WO 2008/153687A2，就曾利用丙酮溶剂中白炭黑与三甲基硅封端的聚硅氧烷共混物处理金属表面，获得了一种超疏水界面，据称水在其上的静态接触角达到了165°；而CN1525001以异丙醇/水作溶剂，将有机氟树脂与纳米固体颗粒、交联剂、氯化镁等共混处理羊绒，同样也获得了理想的超疏水疏油效应以及期望的自清洁效果。但共混法用于纤维织物的后整理，特别是固体纳米粒子过量或使用不当条件下，易导致处理后的纤维手感粗硬、且织物的舒适性降低。另外，在织物烘焙过程中，未被固化的纳米粒子或硅溶胶易从纤维表面脱落，从而造成织物表面的污染。

将适量的纳米粒子通过化学键合方式接枝入氟代聚丙烯酸酯分子的主、侧链，使之在纤维表面固化成膜时，既能固定在纤维织物的表面上，又能形成一种类似于荷叶表面、且具有纳米微凸结构的疏水膜，不仅有望改善上述不足，而且可进一步增加氟代聚丙烯酸酯在纤维表面的疏水、疏油效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米杂化阳离子氟代聚丙烯酸酯乳液的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

第一步：中间体阳离子硅烷化氟代聚丙烯酸酯乳液的合成

1)首先，按质量份数将30％～95％的氟代烷基(甲基)丙烯酸酯、0％～50％的(甲基)丙烯酸酯、4.5％～15％的(甲基)丙烯酸氨烷基酯和0.5％～5％的α-烯基烷氧基硅烷共混，得油相组分；

2)按油相组分质量分数取0.5％～5％的引发剂，用40～50倍水溶解制成水溶液；

3)按油相组分质量取2％～30％的阳离子和非离子表面活性剂用40～50℃的热水溶解，搅拌，加热升温至70～90℃，其中阳离子表面活性剂与非离子表面活性剂的质量比为1∶1～2，然后在表面性剂水溶液中再滴加入油相组分和引发剂水溶液，其中引发剂水溶液在油相组分滴加5min后开始滴加，滴加时间为2h，加料完毕后继续在70～90℃保温反应4h，所得乳液即中间体-阳离子硅烷化氟代聚丙烯酸酯乳液；

第二步：中间体与无机酸酯的水解缩聚

在弱碱催化剂作用下，将中间体——阳离子硅烷化氟代聚丙烯酸酯乳液与正硅酸酯或钛酸酯于40～45℃水解缩聚3h，其中正硅酸酯或钛酸酯与中间体——硅烷化氟代聚丙烯酸酯乳液中硅氧烷链节的摩尔比为30～3∶1，反应结束用酸调体系pH为5.5～6.5，所得乳液即为纳米杂化的阳离子氟代聚丙烯酸酯乳液，其固含量为10％～40％。

本发明的氟代烷基(甲基)丙烯酸酯的分子式为CH₂＝CRCOOCH₂CH₂RR_f1或CH₂＝CRCOOCH₂R_f2，式中，R＝-H，或-CH₃，R_f1＝(CF₂CF₂)_aC₂F₅，a＝2～6；R_f2＝CF(CF₃)CHFCF(CF₃)₂；

所说的(甲基)丙烯酸酯为甲基丙烯酸十二醇酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯或丙烯酸十八醇酯；