一种环保型水相疏水防水改性乳液及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种环保型水相疏水防水改性乳液及其制备方法。该方法包括：将硅烷偶联剂和二甲基硅油混合，搅拌，然后加入去离子水中，再次搅拌，得到分散液；将分散液超声处理，使硅烷偶联剂充分水解，然后搅拌。该方法以水为分散相，避免了有害溶剂的使用，同时所用原料都为无氟材料，使得疏水乳液具有安全、绿色、环保的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种环保型水相疏水防水改性乳液及其制备方法
本专利技术属于纺织品疏水改性体系及其制备领域，特别涉及一种环保型水相疏水防水改性乳液及其制备方法。
技术介绍
随着人们生活水平的提高，传统纺织品难以满足人们的特殊需求，从而衍生出一系列具有特殊功能的纺织品，譬如防水，抗菌，导湿等功能性纺织品。其中具有稳定疏水表面的功能纺织品因其具有防水防污等特性引起人们极大的兴趣，并在防水透湿、自清洁、单向导湿等领域有着广泛的应用。现有应用于制备疏水纺织品的疏水剂以溶剂型为主，常用的有脂肪烃，有机硅类，有机氟类和聚丙烯酸脂类；对纺织品进行疏水改性常用的方法是通过将疏水剂溶解在乙醇、氯仿、二甲基甲酰胺或四氢呋喃等挥发性较高的有机溶剂中，采用浸渍或浸轧或涂层或气相沉积等后整理方法在纺织品表面引入低表面能的疏水剂，从而赋予纺织品疏水的效果。这些方法由于大量使用挥发性有机溶剂且多数溶剂具有一定的毒性，不仅增加了制备成本，而且带来了一定安全和环境问题。因此开发环保型疏水改性涂料对纺织品改性具有重要意义。当前水性疏水改性涂料因采用水相取代有机相分散疏水剂，因此其具有安全性高、对环境影响小、成本低等优点。然而疏水剂由于不溶于水和低表面能的特点，其难以均匀分散在水相中并且形成稳定的分散液。因此如何将疏水剂稳定均匀的分散在水相中是目前亟待解决的难题，此外水相疏水涂料改性处理基底材料能否形成均匀涂层以及与基地材料的结合牢固性也是亟待考量的问题。目前已有研究者开展相关探索研究，譬如葛等人为促进疏水剂二甲基硅油(PDMS)在水相中分散，通过等离子体对二甲基硅油进行预处理，由此二甲基硅油表面同时存在亲水基团和疏水基团，在水相中40℃超声处理30min，得到半透明的水相疏水改性乳液(NanoscaleHoriz.,2020,5,65)；Gao等人使用二甲基硅油(PDMS)作为粘合剂，四氢呋喃作为良溶剂，水作为非溶剂，利用相分离方法开发一种疏水涂层体系(ChemicalEngineeringJournal,333,621–629)；宋等人将含氢硅氧烷聚合物和表面活性剂分散在水相中，采用酸碱调节PH，通过高速机械搅拌制备白色疏水改性乳液(CN109293945A)。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种环保型水相疏水防水改性乳液及其制备方法，以克服现有技术中的疏水改性体系使用挥发性有机溶剂、有机氟类疏水剂等引起的一系列安全、环保问题。本专利技术提供一种水相疏水防水改性乳液，将水、硅烷偶联剂和二甲基硅油混合，超声使硅烷偶联剂水解，其水解产物的一端为亲水性硅醇，另一端为亲油性烷基，亲油性烷基与二甲基硅油结合，从而形成稳定的水包油乳液。所述硅烷偶联剂占水、硅烷偶联剂和二甲基硅油总质量的0.089％，二甲基硅油占水、硅烷偶联剂和二甲基硅油总质量的0.025-0.1％。所述硅烷偶联剂为十六烷基三甲氧基硅烷。所述二甲基硅油为道康宁184，主剂与固化剂按质量比10：1进行混合。本专利技术还提供一种水相疏水防水改性乳液的制备方法，包括：(1)将硅烷偶联剂和二甲基硅油混合，搅拌，将得到的混合溶液加入去离子水中，再次搅拌，得到分散液，其中，硅烷偶联剂占去离子水、硅烷偶联剂和二甲基硅油总质量的0.089％，二甲基硅油占去离子水、硅烷偶联剂和二甲基硅油总质量的0.025-0.1％；(2)将步骤(1)中分散液超声处理，使硅烷偶联剂充分水解，然后搅拌，得到水包油分散液，即水相疏水防水改性体系。所述步骤(1)中再次搅拌速度为5000转/min，再次搅拌时间为4-10min。所述步骤(2)中超声处理采用细胞分散机；超声处理时间为20-40min。所述步骤(2)中搅拌速度为5000转/min，搅拌时间为85-95min。所述步骤(2)中水包油分散液可长期放置使用，当用红外激光笔照射时，光束可以穿过该水相分散液。本专利技术还提供一种水相疏水防水改性乳液在亲水性基材改性中的应用。所述亲水性基材包括亲水性织物和亲水性薄膜。本专利技术采用浸渍法，将亲水性的基材(如织物、薄膜、金属等)浸入稳定的水相分散液中一段时间，随后取出干燥获得具有稳定疏水表面的基材。为防止对基底材料疏水改性处理不均匀采用梯度干燥法，本专利技术在50℃下去除基材表面的水分，随后在80℃下固化改性剂，从而得到改性基材。本专利技术由硅烷偶联剂与二甲基硅油在水相中分散形成稳定的分散液；硅烷偶联剂水解后形成一端为亲水性硅醇和一端为亲油性烷基的小分子链；其亲油烷基与二甲基硅油具有较好的结合趋势，亲水性硅醇则暴露于水相中，当表面带羟基、胺基等其他亲水基团的织物、薄膜等基底材料浸入水相分散液中时，暴露在水相中的硅醇将与固体材料表面的羟基、胺基等极性基团发生缩聚、氢键等方式结合，而疏水烷基与二甲基硅油则暴露在固体材料的表面，从而赋予基底材料疏水性能。有益效果(1)本专利技术以水为分散相，避免了挥发性有机溶剂的使用，同时所用原料是有机硅类疏水剂均为无氟材料，因此制备的疏水涂料具有安全，环保的优点，其在自清洁、单向导湿、防水透湿等方面具有广泛的应用前景；(2)本专利技术通过简便的方法制备水相疏水防水改性乳液，制备工艺简单，成本低廉，具有应用推广价值；(3)本专利技术充分利用硅烷偶联剂水解后分子链上的亲水和亲油基团，其对于基底的选择具有广泛性。附图说明图1为本专利技术表面负载TiO2的纤维膜(a，a1，a2)、以及实施例1中HTDMS-H2O水相分散液(b，b1，b2)、实施例2中HTDMS-PDMS0.05-H2O水相分散液(c，c1，c2)、实施例3中HTDMS-PDMS0.1-H2O水相分散液(d，d1，d2)和实施例4中HTDMS-PDMS0.2-H2O水相分散液(e，e1，e2)改性处理亲水纤维膜后的SEM图。图2为纯PAN纤维膜和实施例1-4中疏水改性表面负载TiO2纤维膜的接触角图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。在本专利技术中，所述的PAN纤维膜是由本实验室通过静电纺丝的方法制备而成；二乙烯三胺(AR99％)购自麦克林试剂；壳寡糖是通过对壳聚糖氧化降解提取得到；富含羟基的TiO2是通过高温水汽法处理TiO2(P25)得到；戊二醛(30％)购自阿拉丁试剂；十六烷基三甲氧基硅烷购自阿拉丁试剂；二甲基硅油(PDMSSylgard184)购自美国道康宁公司。在本专利技术中，所述接触角按照以下测试步骤测试得到：采用悬滴法测量样品接触角。首先将样品铺平贴附于载玻片上，并将测试样品置于测试平台上；从进样器中挤出液滴体积为6μL；然后下移针头，使液滴与样品表面接触，上移针头使液滴落在样品表面；快速捕捉液滴图像，调整水平基线至表观固液接触线处，点击测量接触角。移动或更换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水相疏水防水改性乳液，将水、硅烷偶联剂和二甲基硅油混合，超声使硅烷偶联剂水解，其水解产物的一端为亲水性硅醇，另一端为亲油性烷基，亲油性烷基与二甲基硅油结合，从而形成稳定的水包油乳液。/n

【技术特征摘要】
1.一种水相疏水防水改性乳液，将水、硅烷偶联剂和二甲基硅油混合，超声使硅烷偶联剂水解，其水解产物的一端为亲水性硅醇，另一端为亲油性烷基，亲油性烷基与二甲基硅油结合，从而形成稳定的水包油乳液。


2.根据权利要求1所述乳液，其特征在于，所述硅烷偶联剂占水、硅烷偶联剂和二甲基硅油总质量的0.089％，二甲基硅油占水、硅烷偶联剂和二甲基硅油总质量的0.025-0.1％。


3.根据权利要求1所述乳液，其特征在于，所述硅烷偶联剂为十六烷基三甲氧基硅烷。


4.根据权利要求1所述乳液，其特征在于，所述二甲基硅油为道康宁184，主剂与固化剂按质量比10：1进行混合。


5.一种水相疏水防水改性乳液的制备方法，包括：
(1)将硅烷偶联剂和二甲基硅油混合，搅拌，将得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾家态，覃小红，王黎明，王妮，俞建勇，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31