超拒水拒油技術(shù)

劉輔庭

(原上海市紡織科學(xué)研究院 上海 200092)

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超拒水拒油技術(shù)

劉輔庭

(原上海市紡織科學(xué)研究院 上海 200092)

一般拒水性指放在固體表面的水滴的接觸角為90°以上。想到拒水整理時(shí)，烴化合物和硅化合物的表面自由能(30mJ/m2以下)比水的表面張力(72mN/m)低得多，因此用這些化合物進(jìn)行表面改性，有充分拒水效果。拒油時(shí)固體表面的自由能要比油的表面張力(約25mN/m)充分小。氟烷基(Rf)化合物的表面自由能為10～15mJ/m2，比油的表面張力低得多，可拒水拒油。

水的接觸角150°以上時(shí)稱(chēng)為超拒水性。

濕潤(rùn)是在固體表面連接的氣體置換為液體的現(xiàn)象，在濕潤(rùn)進(jìn)行的過(guò)程中，固/氣界面消失，形成新的固/液界面，自由能發(fā)生變化。自由能的變化是濕潤(rùn)的尺度。

固體表面的濕潤(rùn)由表面的化學(xué)性質(zhì)和表面狀態(tài)決定。固體表面分為復(fù)合面、粗面、不勻面。

超拒水性的接觸角為150°以上，而且轉(zhuǎn)落角10°以下。

賦予表面粗糙度的方法有：用TEOS的溶膠凝膠法制作SiO2納米粒子，用硅烷偶合劑疏水化后，涂于基質(zhì)表面。用含氟硅烷偶合劑進(jìn)行超拒水處理。用含氟硅烷偶合劑進(jìn)行超拒油，如對(duì)TiO2/Ti表面，進(jìn)行電極氧化，并組合C6F13CH2CH2SiCl3處理，制成超拒油性表面(接觸角155°、轉(zhuǎn)落角7°)。

關(guān)于氟表面材料具有長(zhǎng)鏈烷基中的氫原子(全部或部分)被氟原子置換的疏水基結(jié)構(gòu)，與只有氫原子的烴表面材料，性質(zhì)大不相同。全氟烷基為疏水基，對(duì)熱、酸、堿等非常穩(wěn)定，在低濃度也是低自由能表面，因此作為添加劑用于涂料、印墨等。

烴表面改質(zhì)劑的表面可改質(zhì)為拒水性，但無(wú)拒油性。而氟表面材料作為表面處理劑及內(nèi)部添加劑，在固體表面吸附取向后，Rf基取向在表面，可改質(zhì)表面為拒水拒油性及低摩擦性。用于纖維、薄膜、粉體等的固體表面防污性(拒水拒油)及潤(rùn)滑性[1-2]。

(1)氟原子的特征和PFOS問(wèn)題

氟表面材料對(duì)生物化學(xué)穩(wěn)定，不能生物降解，因此人工氟有機(jī)化合物存在環(huán)保問(wèn)題。其中氟整理劑的原料PFOS(全氟辛烷磺酸酯)，廣泛殘留在環(huán)境中，也蓄積于人及生物，2005年成為殘留性有機(jī)污染物質(zhì)。歐洲2008年6月起禁止使用，日本2010年起也禁止使用。又氟整理劑的中間物質(zhì)PFOA(全氟辛酸)2015年禁止排放。

近年來(lái)考慮到生物殘留性，直鏈Rf基需C5以下，要開(kāi)發(fā)生物蓄積性低的短鏈Rf基的氟表面活性劑及氟表面改質(zhì)劑。但是纖維的拒水拒油劑中的短鏈Rf基(C8F17成為C6F13)使表面活性能降低。

(2)兩鏈型

為控制表面自由能，利用高結(jié)晶性、液晶性長(zhǎng)鏈Rf基及分子鏈的交聯(lián)以約束Rf基的運(yùn)動(dòng)性，是有效的。從薄膜的廣角X射線的Rf基的結(jié)晶性、液晶性的探討，可知Rf=C8F17以上時(shí)，成為匹敵聚四氟乙烯結(jié)晶的最密填充狀態(tài)。全氟月桂酸單分子膜、C20F42外延膜等的末端CF3基的取向受到控制，取得6mJ/m2以?xún)?nèi)的低自由能表面。這樣表面改質(zhì)有利于C8F17以上的Rf基長(zhǎng)鏈。而短鏈Rf基的氟表面材料也需達(dá)到充分的功能，為此要控制表面的Rf基的取向，使緊密填充。

(3)Rf兩鏈型拒水拒油劑

導(dǎo)入Rf兩鏈型脂肪酸的丙烯酸單體進(jìn)行自由基聚合，開(kāi)發(fā)側(cè)鏈導(dǎo)入Rf兩鏈型的均聚物。

[1] 川懶德三. 超拒水拒油整理[J]. 加工技術(shù)，2013,48(11)：1-13.

[2] 川懶德三. 超拒水拒油技術(shù)[J]. 纖維制品消費(fèi)科學(xué)，2014,55(6)：26-31.

2014-10-17