[发明专利]使用致密流体的耐久拒水剂的应用和活化

说明书

相关申请

本申请涉及并且要求2013年2月8日提交的美国临时专利申请第61/770,964号和2014年2月27日提交的美国非临时专利申请第14/192,545号的优先权的权益，这两个专利申请的内容以引用的方式全部并入本文，如同在本文中完全阐述一样。

技术领域

本发明的实施例大体上涉及耐久拒水剂，并且更加具体地，涉及使用致密二氧化碳的耐久拒水剂的应用和/或活化。

背景技术

耐久拒水剂（DWR）是添加到织物以使它们拒水（或者疏水）的涂层。疏水效果是一种观察到的非极性物质在水溶液中聚集并且排除水分子的趋向。由于电子的对称布置，所以非极性物质在双原子分子的两个原子之间拥有等价的电子。“疏水”该名称的字面意思是“怕水”，描述了在水与非极性物质之间的偏析和明显排斥。疏水效应阐释了将油和水的混合物分离为其两种成分，并且在非极性表面（诸如，蜡叶）上结成水珠。

疏水作用大多是由通过非极性溶质破坏了在液态水分子之间的高度动态氢键所导致的熵效应。大分子的碳氢链或者相似的非极性区域不能与水形成氢键，因此，将这种非氢键表面引入水导致破坏了在水分子之间的氢键网络。在DWR中，氢键被重新取向为与表面相切，以最小化对水分子的氢键3D网络的破坏，由此在非极性表面周围产生水“笼”。形成“笼”（或者，溶剂化壳）的水分子的流动性受限。通过聚集这种分子，非极性分子减小了暴露于水的表面积，并且最小化了它们的断裂效应。由此，增强水凝聚力。

也可以通过测量在水与非极性溶剂之间的非极性分子的分配系数，来量化疏水效应。可以将分配系数转换为迁移自由能，该迁移自由能包括焓和熵成分。回想一下，焓是对热动力系统的总能量的度量，而熵是无序性的度量或者可以设置系统的方法的数量。疏水效应在室温下是熵驱动的，这是由于水分子在非极性溶质的溶剂化壳中的流动性降低。然而，转移能量的焓成分是有利的，这意味着，存在对溶剂化壳中的水-水氢键的增强，这显然是因为水分子的流动性降低。溶剂化壳是用作溶剂并且围住溶质类物质的任何化学物质的壳。当溶剂为水时，其常常称为水化壳或者水化球。在较高温度下，当水分子变得更能流动时，该能量增益降低，但是熵成分也降低。由于这种熵-焓补偿作用，疏水效应（以迁移自由能来衡量）仅仅是弱温度依赖性的，并且在较低温度下变得更小。

在历史上，含有长全氟烃链的DWR已经是用于纺织品应用的化学首选。全氟化学品用于将含有全氟烃链的原料混合到用作DWR整理剂的丙烯酸或者聚氨酯聚合物中。DRW整理剂的独特拒水防油特性源自于连接在丙烯酸或者聚氨酯聚合物骨架上的全氟烃链。由此，大多数工厂化DRW处理基于含氟聚合物。含氟聚合物是具有多个牢固的碳-氟键的碳氟基聚合物。含氟聚合物兼具碳氟化合物的特性，不像碳氢化合物一样容易受到范德华力的影响。这成就了它们的不粘特性和减磨特性。同时，由于添加到化学化合物的多个碳-氟键，所以它们的稳定的。含氟聚合物从机械上可以归为热固性材料和热塑性材料。含氟聚合物可以是均聚物或者共聚物，并且特征在于高耐溶剂性、高耐酸性和高耐碱性。虽然下面针对一般的DWR处理以及更具体地针对含氟聚合物的使用对本发明进行了描述，但是本领域的普通技术人员要认识到，下面描述的创新技术及相关的设备也同样适用于包括全氟辛烷磺酰基化合物盐（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）的其他类型的氟化物。而且，本发明也同样适用于短链氟化DWR化学成分。

硅是拒水剂常常涉及的另一化学结构。硅树脂拒水剂或者防水剂一般呈两种形式。弹性体聚二甲基础氧烷描述了粘附至基体的弹性体涂层，并且固化形成弹性的保护膜。渗透性拒水化学品描述了具有可交联侧链的活性硅烷和硅氧烷树脂。这些材料具有较小的分子结构，这使得它们能够深入地渗透到它们所化学结合的基体中。

硅树脂具有低表面张力，这使得它们能够容易地扩散并且渗入基体的孔中。其高弹性高流动性的硅氧烷骨架使得拒水甲基基团自身朝着表面定向，从而产生了与氟基化合物相似的防水“伞”。拒水剂，诸如DWR，通常结合防水透气织物使用，以防止织物的外层变得被水饱和。这种饱和称为“浸湿”，可以降低服装的透气性（通过透气膜的水分传输），并且允许水进入。如果不用DWR，即使是防水夹克的外层也会变得浸满水并且变重，而浸湿的织物往下垂并且贴在穿用者身上。而且，由于DWR不会“涂布”表面，而是结合到纺织品纤维上，从而使纤维之间的空间完整，所以DWR不会抑制透气性。