POSS/有机硅改性聚丙烯酸酯无氟防水剂及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种POSS/有机硅改性聚丙烯酸酯无皂乳液，由以下原料制得：1～10份的功能化POSS单体、1～10份的有机硅单体、2～20份的丙烯酸酯硬单体、3～26份的丙烯酸酯软单体、0.5～4.5份的引发剂、0.5～4份的反应性阳离子乳化剂、50～80份的去离子水。其制备方法为：步骤1、制备预乳液；步骤2、制备核乳液；步骤3、制备壳乳液。本发明专利技术采用无皂乳液聚合方法，消除了小分子乳化剂对无氟聚丙烯酸酯的不利影响。本发阳利用功能化POSS增加整理基体表面的粗糙度，以及有机硅单体进行低表面能改性，使POSS/有机硅改性聚丙烯酸酯无氟防水剂具有优异的防水性能。异的防水性能。

【技术实现步骤摘要】
POSS/有机硅改性聚丙烯酸酯无氟防水剂及制备方法


[0001]本专利技术属于纺织助剂
，具体涉及POSS/有机硅改性聚丙烯酸酯无氟防水剂制备方法及应用。

技术介绍

[0002]防水整理是纺织品常见的重要功能性整理，广泛用于服装、帐篷、餐桌布、汽车防护罩等。目前市场上使用的防水剂主要为含氟类化合物 该类整理剂防水拒油、耐洗性好，但成本偏高，且所含全氟辛烷磺酰基类化合物（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）的生物降解性差，对人体和环境存在潜在危害。由于目前国内外尚无行之有效的方法来解决PFOS和PFOA的污染问题，因此，寻找可以替代有机氟的助剂成为行业亟待解决的问题。
[0003]目前，常见的无氟防水剂主要有两类：长链烷烃类拒水剂（包括常见的金属皂类、石蜡类、羟甲基、吡啶类等）和有机硅防水剂。相比氟系防水剂，无氟防水剂不易在生物体内沉积、对人体无害，容易降解，是更加安全和环保的产品。此外，有机硅防水剂所形成的膜质地柔软、耐久性强，且表面张力较低、摩擦因数小，用其处理织物可获得较好的耐摩擦、耐热和防水性能。因此，有机硅防水剂的发展与应用市场潜力巨大。但有机硅单体只能提供低表面能，其改性防水剂的防水效果依然有限。功能化POSS作为一种新型的有机无机纳米杂化材料，不仅能提供低表面能，还能在基体表面构筑微纳米级的粗糙度。将其与有机硅单体共同引入聚丙烯酸酯，制备防水性能优异的织物整理剂目前尚未报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供POSS/有机硅改性聚丙烯酸酯无氟防水剂的制备方法，该制备方法合成条件简单，反应路线短，制备出的乳液安全环保，性能优异。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，POSS/有机硅改性聚丙烯酸酯无皂乳液，按照质量计包括以下组分：1～10份的功能化POSS单体、1～10份的有机硅单体、2～20份的丙烯酸酯硬单体、3～26份的丙烯酸酯软单体、0.5～4.5份的引发剂、0.5～4份的反应性阳离子乳化剂、50～80份的去离子水，以上组分质量之和为100份。
[0006]本专利技术所采用的技术方案具体操作步骤如下：步骤1、制备预乳液步骤1.1、将一定量的丙烯酸酯软单体、丙烯酸酯硬单体、反应性阳离子乳化剂以及适量的去离子水混合得到混合体，再将混合体通过细胞粉碎机乳化制得预乳液A；步骤1.2、将一定量的功能化POSS、有机硅单体、丙烯酸酯软单体、丙烯酸酯硬单体、反应性阳离子乳化剂以及适量的去离子水混合得到混合体，再将混合体通过细胞粉碎机乳化制得预乳液B；步骤2、制备核乳液步骤2.1、将10%～42%经步骤1.1制得的预乳液A倒入至带有搅拌器和冷凝管的反应器中，搅拌速度为200~350r/min，再向反应器内加入10%～42%量取的引发剂水溶液，在55℃～
75℃下反应20 min～40 min；步骤2.2、待步骤2.1反应结束，将剩余的预乳液A与10%～50%量取的引发剂水溶液加入反应器中，在55℃～75℃下反应30 min～90 min；步骤3、制备壳乳液待步骤2.2反应结束，将经步骤1.2制得的预乳液B与剩余的引发剂水溶液一同加入反应器中，在65℃～85℃下反应60 min～150 min；待保温反应结束后，降温至室温，得到阳离子POSS/有机硅聚丙烯酸酯无皂乳液。
[0007]本专利技术的特点还在于，步骤1中的反应性阳离子乳化剂为甲基丙烯酰氧乙基二甲基十六烷基溴化铵，甲基丙烯酰氧乙基二甲基十二烷基溴化铵，甲基丙烯酰氧乙基二甲基癸烷基溴化铵中的任意一种。
[0008]步骤1.1中的丙烯酸酯硬单体为丙烯酸酯甲酯、乙酸乙烯酯、苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯中的一种；步骤1.1中的丙烯酸酯软单体为丙烯酸乙酯，丙烯酸丁酯，丙烯酸异辛酯、丙烯酸十二酯、丙烯酸十六酯、丙烯酸十八酯中的一种；步骤1.1中的丙烯酸酯软单体、丙烯酸酯硬单体、反应性阳离子乳化剂、去离子水的质量比为（35～80）:（27～76）:（1～17）:（130～184）；步骤1.2中的功能化POSS单体的分子结构式为：(SiO
1.5
)8(C8H
17
)
x
(C2H6OOCC(CH3)=CH2)
y
（x，y=0~8，且x＋y=8）其中R=C8H
17
或 CH2CH2CH2OOCC(CH3)=CH2步骤1.2中的有机硅单体为乙烯基聚硅氧烷，乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷中的一种或其混合物；步骤1.2中的功能化POSS、有机硅单体、丙烯酸酯软单体、丙烯酸酯硬单体、反应性阳离子乳化剂、去离子水的质量比为（5～20）:（5～20）:（27～80）:（27～80）:（1～17）:（126～158）；步骤2中的搅拌速度为200~350r/min；步骤2和3中的引发剂水溶液的溶质为偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丙基脒唑啉盐酸盐中任一种，溶剂为水，所述引发剂与水的质量比为1: 6～13。
[0009]本专利技术的有益效果是：
（1）本专利技术不使用含氟单体，避免了含氟单体的生物积累性对人体健康及环境带来的危害，而且在制备预乳液A和预乳液B时，没有使用小分子乳化剂，消除了小分子乳化剂对无氟聚丙烯酸酯的不利影响。
[0010]（2）本专利技术通过安全环保的无皂乳液聚合制备了POSS/有机硅改性聚丙烯酸酯无皂乳液，反应条件温和，且乳液稳定性好，乳胶粒粒径分布小，可以大规模生产。本发阳利用功能化POSS增加整理基体表面的粗糙度，以及有机硅单体提高低表面能，使POSS/有机硅改性聚丙烯酸酯无氟防水剂具有优异的防水性能。
具体实施方式
[0011]下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0012]本专利技术一种POSS/有机硅改性聚丙烯酸酯无氟防水剂，按质量百分比包括以下组分组成，1～10%的功能化POSS单体、1～10%的有机硅单体、2～20%的丙烯酸酯硬单体、3～26%的丙烯酸酯软单体、0.5～4.5%的引发剂、0.5～4%的反应性阳离子乳化剂、50～80%的去离子水，以上组分质量百分比之和为100%。
[0013]本专利技术一种POSS/有机硅改性聚丙烯酸酯无氟防水剂的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、制备预乳液步骤1.1、将一定量的丙烯酸酯软单体、丙烯酸酯硬单体、反应性阳离子乳化剂以及适量的去离子水混合得到混合体，再将混合体通过细胞粉碎机乳化制得预乳液A；步骤1.2、将一定量的功能化POSS、有机硅单体、丙烯酸酯软单体、丙烯酸酯硬单体、反应性阳离子乳化剂以及适量的去离子水混合得到混合体，再将混合体通过细胞粉碎机乳化制得预乳液B；步骤2、制备核乳液步骤2.1、将10%～42%经步骤1.1制得的预乳液A倒入至带有搅拌器和冷凝管的反应器中，搅拌速度为200~350r/min，再向反应器内加入10%～42%量取的引发剂水溶液，在55℃～75℃下反应20 min～40 min；步骤2.2、待步骤2.1反应结束，将剩余的预乳液A与10%～50%量取本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种POSS/有机硅改性聚丙烯酸酯无氟防水剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）制备预乳液将丙烯酸酯第一单体、丙烯酸酯第二单体、反应性阳离子乳化剂以及水混合，通过细胞粉碎机乳化制得预乳液A；将功能化POSS、有机硅单体、丙烯酸酯第三单体、丙烯酸酯第四单体、反应性阳离子乳化剂以及水混合，通过细胞粉碎机乳化制得预乳液B；2）制备核乳液将预乳液A总量的10%～42%置于反应器中，搅拌速度设为200~350r/min，再加入引发剂水溶液总量的10%～42%，在55℃～75℃下反应20 min～40 min；反应结束后，加入剩余的预乳液A及引发剂水溶液总量的10%～50%，在55℃～75℃下反应30 min～90 min；3）制备壳乳液向步骤2）所得溶液加入预乳液B及剩余的引发剂水溶液，在65℃～85℃下反应60 min～150 min；反应结束后，降温至室温，得到阳离子POSS/有机硅聚丙烯酸酯无皂乳液。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所用原料按质量计包括：1～10份的功能化POSS单体、1～10份的有机硅单体、2～20份的丙烯酸酯硬单体、3～26份的丙烯酸酯软单体、0.5～4.5份的引发剂、0.5～4份的反应性阳离子乳化剂、50～80份的水。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应性阳离子乳化剂为甲基丙烯酰氧乙基二甲基十六烷基溴化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基十二烷基溴化铵或甲基丙烯酰氧乙基二甲基癸烷基溴化铵。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，丙烯酸酯第一单体及...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建华，王琳，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：