有机硅液相法处理织物及表面性能研究

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有机硅化合物具有低表面自由能、耐高低温性、化学稳定性及生物相容性等优异性能,在许多领域得到了广泛应用,其中有机氯硅烷(RSiCl4-n,n=0,1,2,3)具有较强的反应性,通过简单的液相反应可以实现材料表面硅烷化,赋予材料特殊表面性能。本论文使用不同有机基三氯硅烷作为反应原料,通过液相法在涤纶表面制得不同功能性硅烷涂层,研究了处理工艺对涂层的化学组份、形貌及浸润性的影响,探讨了功能性纺织品材料潜在的应用,具体从以下三个方面展开:(1)烃基三氯硅烷液相法制备超疏水涤纶以乙酸乙烯酯为主要原料,通过乳液聚合合成了水性聚合物乳液,将乳液浸轧涤纶织物使之保持一定含水量。控制乙烯基三氯硅烷(TCVS)、苯基三氯硅烷(PTS)、甲基三氯硅烷(MTS)在纤维表面水解交联,形成具有一定粗糙结构的疏水涂层。探究了不同工艺对纤维表面涂层形貌及浸润性的影响,并优化了工艺条件。发现不同有机基团对涂层形貌及浸润性有着很大的影响,其中TCVS与MTS处理织物中纤维表面涂层呈丝状与球状,具有较好的超疏水性能,可用作自清洁织物或选择性吸油材料,而PTS处理时涂层呈孔状结构,疏水性能略低于TCVS与MTS处理涂层;通过砂纸摩擦、胶带黏附、洗涤等方式对织物涂层的疏水稳定性进行测试表明,涂层稳定性良好;由于纤维表面形成了紧密的涂层,三种硅烷单体处理后织物的透气性均有不同程度的下降,但液相法处理对织物的白度、断裂强力影响较小。(2)通过含氟烷基三氯硅烷制备疏水疏油涤纶分别以三氟丙基三氯硅烷(PFPTS)、十三氟辛基三氯硅烷(PFOTS)、十七氟癸基三氯硅烷(PFDTS)为原料,通过液相法在纤维表面构筑了含氟聚硅氧烷涂层。研究表明,随着氟烷基链长度的增加,涂层的疏水性提高。SEM测试表明,单独使用含氟烷基三氯硅烷不能在纤维表面形成足够粗糙的结构。在长链氟烷基三氯硅烷中引入四氯化硅(TCS),通过控制反应物配比可以实现织物表面从亲水亲油到超疏水亲油、直至疏油的多种浸润性转变。对PFOTS与TCS/PFOTS制备涂层的浸润性、稳定性及织物综合性能进行了对比,结果表明,通过加入TCS,制备的涂层糙化并被低表面能微球所覆盖,涂层的疏水疏油性能大幅提升;两种涂层对于织物的白度、断裂强度影响较小,TCS/PFOTS涂层织物的柔软度优于PFOTS。(3)硫杂链全氟烷基三氯硅烷合成及织物整理应用以4-溴苯硫酚和十三氟-1-碘己烷为起始原料,通过自由基取代、氧化氟化、格氏试剂碳负离子亲核取代和硅氢加成,将全氟烷基以SF4桥基键合至苯乙烯,制得了p-(十三氟己基四氟化硫)-苯乙基三氯硅烷,鉴定了产物结构。采用液相法由所制得氟烷基三氯硅烷单体处理涤纶,通过XPS、SEM等检测整理前后纤维表面的元素组成及形貌。并与PFOTS涂层进行对比,发现硫杂链全氟烷基涂层经紫外光照射后,表面接触角下降程度远大于PFOTS涂层,表面自由能大幅度升高,说明-SF4-全氟烷基是一种容易光降解的硫杂链全氟烷基;通过SEM观察到硫杂链全氟烷基涂层的粗糙度因为紫外光照射而下降,纤维与纤维间部分氟烷基聚硅氧烷膜破裂,进一步证明硫杂链全氟烷基易光降解,是一种潜在的可降解低表面能物质。
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