[发明专利]一种具有立体硅烷结构的无氟防水剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有立体硅烷结构的无氟防水剂及其制备方法。本发明提供的式Ⅰ所示聚合物，式Ⅰ中，R₁为长链丙烯酸酯结构链段；R₂为笼型倍半硅氧烷结构链段；R₃为功能性单体结构链段；X为1～150之间的自然数，Y和Z为1～100之间的自然数。该无氟防水剂为式Ⅰ所示聚合物的水性乳液。本发明利用含有乙烯基结构的笼型倍半硅氧烷单体进行微乳液聚合制备无氟防水剂，实现了将具有立体结构的笼型倍半硅氧烷引入到聚合物长链的侧基上，在乳液成膜铺展过程中具有较低表面能的硅氧烷立方结构能够更加有效的迁移到织物纤维表面，在织物纤维表面形成连续的凸起，防水效果大幅提升；本发明无氟防水剂属于环保型防水剂，无生物毒性和不可降解性，对生物和环境无危害。

技术领域

本发明涉及一种具有立体硅烷结构的无氟防水剂及其制备方法。

背景技术

七十年代初，在新科技革命推动下以美国为首飞速发展的工业国家逐步意识到了保护环境的重要性。各种环境保护组织的成立与法律法规的健全，虽然在不同程度上对某些行业的发展造成了限制，但也极大程度的保证了地球生态系统的可持续发展。2000年，美国生产商启动了一项计划，旨在促进碳氟化合物的环保性，并达成共识：到2015年所有浸渍使用的碳氟化合物都必须达到环保要求，而传统具有全氟辛基的含氟整理剂其降解产物全氟辛烷磺酸盐/酯(PFOS)是目前世界上公认的最难降解的有机污染物之一，具有持久性、生物累积性、远距离环境迁移的可能性，对人类健康和生存环境造成严重影响。2006年10月欧盟也出台了有关PFOS的禁令，规定在欧盟市场上，只允许PFOS或其相关物质在低含量下使用，即PFOS或其相关物质在制成品中的浓度含量应该低于0.005％，在半成品中应该低于0.1％，纺织品或涂料中PFOS的限制含量为1μg/m²，寻求其替代品迫在眉睫。

传统经典的防水剂之所以选择含氟单体，正是由于氟原子具有较强的极性，当氟原子和其他元素结合时会夺取其他元素的电子，形成最外层8电子的稳定结构，因此使得含有氟元素的物质具有较低的表面能，约10mN/m，传统含氟防水剂在焙烘成膜过程中具有较低表面能的含氟长链会自动迁移到表面，在织物纤维表面形成连续的凸起，使得水滴和油滴无法透过织物，而又能使气体透过，达到拒水透湿的效果。相比较而言有机硅材料也具有较低的表面能，约20mN/m，有机硅整理后的织物表现出较好的柔软性，同时具有一定的拒水透湿性。而且有机硅具有良好的生物相容性、环境友好性、物理化学性能稳定等诸多优点，使得有机硅类无氟防水剂成为纺织后整理的理想助剂。但传统有机硅类无氟防水剂主要采用的是长链硅氧烷，羧基、氨基、环氧基改性长链硅油，防水效果并不突出，主要由于具有较低表面能的硅原子作为聚合物的主链存在，很大程度上的限制了硅原子的迁移，绝大多数硅原子被包埋在聚合物中使得拒水效果大打折扣。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有立体硅烷结构的无氟防水剂及其制备方法，本发明利用含有乙烯基结构的笼型倍半硅氧烷单体进行乳液聚合制备无氟防水剂，实现了将具有立体结构的硅氧烷引入到聚合物长链的侧基上，在乳液成膜铺展过程中具有较低表面能的硅氧烷立方结构能够更加有效的迁移到表面，在织物纤维表面形成连续的凸起，防水效果大幅提升。

本发明的第一个目的是提供式Ⅰ所示聚合物。

本发明提供的式Ⅰ所示聚合物，

-(R₁)x-(R₂)Y-(R₃)z-

式Ⅰ

式Ⅰ中，

R₁为长链丙烯酸酯结构链段，X表示聚合度，R₁的结构如式Ⅱ所示；

式Ⅱ中，*表示反应基团R₁聚合的反应点，n为15～21之间的自然数；