一种有机-无机杂化无氟防水材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种有机

【技术实现步骤摘要】
一种有机
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无机杂化无氟防水材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种有机
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无机杂化无氟防水材料及其制备方法和应用，属于功能性织物整理


技术介绍

[0002]防水材料是通过在基材表面形成一层防水涂层以实现基材疏水效果的新型功能性材料。防水涂层在学术和工业领域具有重要意义，被广泛应用于油水分离、自清洁、防冰等领域，而防水纺织品的研究也应运而生，以期赋予织物良好的防水效果。目前，业界中现存的疏水材料中多包括全氟辛烷磺酰基化合物(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)两种物质，这两种物质对人体存在生物累积性、不同程度的毒性以及潜在的危害。早在2008年6月27日欧盟关于《关于限制全氟辛烷硫酸销售及使用的指令》的规定已经正式生效。2014年10月17日，德国基于REACH法规实施严格限制PFOA的使用，欧盟中的其他国家也对PFOA有着不同程度的限制。随着含氟防水整理剂禁用力度的增大，越来越多的科研人员和厂家投入到了无氟防水剂的研制工作中。然而，由于这些低表面能物质与水较大的溶解度参数差异，使得它们在水中难以稳定分散，通常需要以有机溶剂作为分散介质。由于有机溶剂对环境和人体造成的危害及高成本，水性无氟防水材料逐渐成为当前的研究热点。
[0003]现有技术中，Ye等通过自由基聚合合成水性有机硅与丙烯酸共聚物，选择丁醇作为反应溶剂，合成了一种水基防水无氟防水涂层。该方法将粗糙结构粘合到交联聚合物网络中，使防水层具有良好的机械稳定性和化学稳定性。但其配方中仍需高含量的乙醇和正丁醇。Schutzius等人制备了一种水性无氟防水涂层。具体是利用乙烯和丙烯酸的共聚物来稳定水中的石墨纳米片(xGnP)，形成稳定的分散液，但这种技术的机械稳定性尚未可知。公开号为CN108823987A的专利申请公开了一种无氟防水整理剂的制备方法，即将月桂酰氯、超支化聚酯、聚乙二醇、异佛尔酮二异氰酸酯和三乙胺放入反应釜中进行反应后得到聚氨酯预聚体，将已得的预聚体用亚硫酸氢钠封端后可得无氟防水整理剂，合成溶剂中仍包含部分有机溶剂四氢呋喃。申请号为201810615450.X的专利申请公开了一种无氟防水棉织物的制备方法，通过利用石蜡、棕榈蜡以及MgSO4、聚乙烯醇、水等制备复合蜡乳液，再通过正硅酸乙酯、MgSO4、聚乙烯醇以及十六烷基三甲氧基硅烷制备SiO2溶胶，将棉织物先浸泡在SiO2溶胶中，烘干后再浸泡在复合蜡乳液中制备防水涂层。申请号为201710058038.8的专利申请公开了一种无氟防水表面的制备方法，通过将聚甲基丙烯酸甲酯和/或聚二甲基硅氧烷溶解在溶剂中，采用超声促进溶解，配制防水涂层液，溶剂仍包含部分有机溶剂四氢呋喃。
[0004]经过多年的发展防水材料的制备取得了一定的成就，但也遇到了一些瓶颈，如制备工艺复杂，制备的防水涂层机械稳定性能差，且现阶段防水涂层的制备大多使用含氟化合物，对人体会产生生物累积性，因此，一种不含氟的防水剂为市场迫切需要。但在上述现有技术中，无氟防水剂在制备的过程中仍不可避免的使用有机溶剂来分散低表面能物质，而有机溶剂的使用不仅会增加生产成本，而且对人体和环境有危害，极大的限制了防水剂
的应用，尤其是防水织物在使用时对耐水洗、耐摩擦等性能要求较高，因此开发兼具无溶剂无氟拒水且机械性能优越的防水纺织材料依然具有挑战性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种有机
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无机杂化无氟防水材料及其制备方法和应用。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种有机
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无机杂化无氟防水材料，原料按照质量份数计，包括30～90份的聚硅氧烷改性聚氨酯预聚体和60～120份的长碳链烷基
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氨基双改性硅溶胶。
[0007]进一步的，按照质量份数计，制备所述长碳链烷基
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氨基双改性硅溶胶的原料包括1～6份的四烷氧基硅烷、1～3份的长链烷基三烷氧基硅烷、0.01～0.1份的十二烷基苯磺酸钠、0.5～3份的氨水、65～100份的水和0.2～4份的氨丙基三烷氧基硅烷。
[0008]进一步的，所述长链烷基三烷氧基硅烷为十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷或十八烷基三乙氧基硅烷中的一种。
[0009]进一步的，所述四烷氧基硅烷为四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷中的一种；氨丙基三烷氧基硅烷为氨丙基三乙氧基硅烷。
[0010]进一步的，按照质量份数计，制备所述聚硅氧烷改性聚氨酯预聚体的原料包括8～48份的端羟基聚硅氧烷、6～18份的聚乙二醇、11.6～15份的二羟甲基丙酸、0.02～0.1份的有机铋催化剂、18～38份的异佛尔酮二异氰酸酯、8.6～14.2份的三乙胺。
[0011]进一步的，所述端羟基聚硅氧烷的粘度为30～1200mPa.s，所述的聚乙二醇为PEG600、PEG800、PEG1000、PEG2000、PEG2500、PEG3000、PEG3500或PEG4000中的一种。
[0012]本专利技术还提供一种有机
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无机杂化无氟防水材料的制备方法，包括以下步骤：将长碳链烷基
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氨基双改性硅溶胶和聚硅氧烷改性聚氨酯预聚体按比例混合搅拌，在1000～2500rpm转速下搅拌10～40min后即得。
[0013]进一步的，制备所述长碳链烷基
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氨基双改性硅溶胶包括以下步骤：将四烷氧基硅烷、长链烷基三烷氧基硅烷、十二烷基苯磺酸钠、氨水和水混合搅拌成反应液，在600～900rpm转速下升温至30～50℃，保温反应4～8h；将氨丙基三烷氧基硅烷分散于去离子水中，并滴入反应液内，保持上述反应条件继续反应1～3h，即得。
[0014]进一步的，制备所述聚硅氧烷改性聚氨酯预聚体包括以下步骤：将端羟基聚硅氧烷、聚乙二醇、二羟甲基丙酸和异佛尔酮二异氰酸酯混合并搅拌，加入有机铋催化剂，在50～200rpm下升温至65～90℃，保温反应1～4h；降温至25～30℃后继续加入三乙胺，反应25～30min后即得。
[0015]本专利技术还提供上述有机
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无机杂化无氟防水材料在纯棉、涤棉或涤纶织物防水整理中的应用。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017]1)本专利技术通过将长碳链烷基
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氨基双改性硅溶胶引入聚硅氧烷改性聚氨酯预聚体中，基于聚硅氧烷改性聚氨酯预聚体中的异氰酸根与双改性硅溶胶中氨基、羟基和水反应的优先度差异，将二氧化硅纳米颗粒有序分散到聚硅氧烷改性聚氨酯中，在有机
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无机组分
之间形成以共价键结合的有机
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无机杂化无氟防水材料，有利于提高杂化的防水材材料的防水耐久性。
[0018]2)同时，通过杂化无氟防水材料分子中氨基甲酸酯基、脲基与织物纤维分子中的羟基、羧基形成氢键，利用杂化无氟防水材料中聚硅氧烷改性水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机
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无机杂化无氟防水材料，其特征在于：原料按照质量份数计，包括30～90份的聚硅氧烷改性聚氨酯预聚体和60～120份的长碳链烷基
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氨基双改性硅溶胶。2.根据权利要求1所述的一种有机
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无机杂化无氟防水材料，其特征在于：按照质量份数计，制备所述长碳链烷基
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氨基双改性硅溶胶的原料包括1～6份的四烷氧基硅烷、1～3份的长链烷基三烷氧基硅烷、0.01～0.1份的十二烷基苯磺酸钠、0.5～3份的氨水、65～100份的水和0.2～4份的氨丙基三烷氧基硅烷。3.根据权利要求2所述的一种有机
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无机杂化无氟防水材料，其特征在于：所述长链烷基三烷氧基硅烷为十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷或十八烷基三乙氧基硅烷中的一种。4.根据权利要求2所述的一种有机
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无机杂化无氟防水材料，其特征在于：所述四烷氧基硅烷为四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷中的一种；氨丙基三烷氧基硅烷为氨丙基三乙氧基硅烷。5.根据权利要求1所述的一种有机
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无机杂化无氟防水材料，其特征在于：按照质量份数计，制备所述聚硅氧烷改性聚氨酯预聚体的原料包括8～48份的端羟基聚硅氧烷、6～18份的聚乙二醇、11.6～15份的二羟甲基丙酸、0.02～0.1份的有机铋催化剂、18～38份的异佛尔酮二异氰酸酯、8.6～14.2份的三乙胺。6.根据权利要求1所述的一种有机
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无机杂化无氟防水材料，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：马逸平，樊武厚，吴晋川，
申请(专利权)人：四川益欣科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：