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含氟防水防油剂的基础理论知识分享

来源:鑫盛洋功能性面料助剂 浏览 75 次 发布时间:2022-08-08

1.1、防水防油机理


从表面化学分析,要使液体(包括水、油、油性污垢等)不能润湿固体表面纤维,则固体的临界表面张力必须小于液体,也就是θ>90°,液体不能润湿固体表面;反之θ<90°,固体表面被润湿。


含氟整理剂之所以具有优异的防水、防油、防污的性能,是因为含氟整理剂可使被整理织物表面具有非常低的表面张力,不仅低于水,而且低于各种有机液体,因而使其具有防水防油性。

如图1所示。有机硅系列防水剂结构中Si—O主键上接有甲基(—CH3),因而其不具备防油性。

图2中展示了,含氟防水防油剂通过降低纤维表面张力,达到优异的防水防油效果。如通常棉的临界表面张力为γc≈200 mN/m,而常温下水、果汁、油的表面张力分别为72、50、30mN/m,所以棉很容易被以上液体润湿。经过含氟整理剂处理后,棉纤维表面张力下降至约10 mN/m,呈现出良好的防水防油性。而无氟防水剂本身的表面张力比较高,只能防水或者防部分水溶性液体(如牛奶、果汁等),达不到防油的效果。


1.2、防水防油剂的结构


含氟防水防油剂是由一种或几种氟代单体和一种或几种非氟单体共聚而成。氟代单体一般为含氟烷基丙烯酸酯单体,提供防水、防油性;非氟单体则提供聚合物成膜性、柔软性、耐洗性、交联性等。

如图3,其代表性结构示意。其中功能基团为含氟防水防油剂的主体,提供防水防油性;成膜基团赋予成膜性、柔软性;耐久基团可赋予与纤维的接合性(特别是涤纶、尼龙)、耐磨性、耐洗涤性;交联基团根据自交联和与纤维的交联,形成强韧的皮膜后,赋予耐久性等目的。


1.3、易去污机理

如图4,从表面化学因素分析,要使油污易去除,纺织品必须有低的γwf(水-织物相的界面张力)和较高的γo(f油-织物相的界面张力),即纺织品必须具有高的亲水性能。


根据以上原理,为解决在空气与水中易去污性和防水防油性的相互矛盾,要求整理剂应含有防水性部分和亲水性部分两种性质截然不同的结构成分,从而使整理织物在空气和水中表现出不同的界面特征,以满足空气中防水防油而水中又具有高亲水性。

图5为含氟易去污剂的主要结构含氟易去污整理剂分子中既含有防水防油基团——全氟烷基丙烯酸酯聚合物,又含有亲水基团——聚氧乙烯链等。织物经整理后全氟烷基链段定向排列在纤维表面,排斥水性和油性污物,使其不易沾污。如果织物被污物沾附,在水洗液洗涤时,亲水性链段定向排列在纤维与液体的界面上,吸引水分子,提高其易去污性能(也叫Filp-Flop,反转净洗效应)。织物水洗后烘干,亲水链段脱水,氟烷链段重回其主导地位,再度呈现良好的防水防油性能。

图6为含氟易去污整理剂在空气和水中的表面变化。


含氟易去污整理剂按功能可分为:易去污(Stain Release),三防易去污(Dual Action)和亲水易去污(Hydrophilic Stain Release)。