專利名稱：一種改性納米二氧化硅水溶膠無氟超拒水整理劑及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬納米二氧化硅水溶膠無氟超拒水整理劑及其應用領域，特別是涉及一 種改性納米二氧化硅水溶膠無氟超拒水整理劑及其應用。
背景技術：
超拒水表面通常是指固體表面與水的靜態(tài)接觸角大于150°，能否達到超拒水 由固體表面化學組成和微觀結構共同決定，其在科學研究、工農業(yè)生產、日常生活等諸 多領域有廣泛的應用前景。隨著科技的飛速發(fā)展，超拒水功能紡織品，以其獨特的自清 潔、抗污染等性能，日益受到人們的青睞。超拒水紡織品可廣泛應用于醫(yī)護人員用裝、 防雨/雪服、帳篷、軍用作戰(zhàn)服等方面，具有巨大的潛在市場，并能促進較好的經濟效 益和社會效益。傳統(tǒng)的紡織品拒水整理方法，主要使用含氟整理劑通過降低織物表面自由能從 而達到拒水的目的，但該類整理劑價格昂貴，并且有機氟具有一定的生物毒性，對環(huán)境 存在潛在危害。此外，有機氟整理織物后，雖然能夠顯著降低織物表面能，但不能提高 織物表面微觀粗糙度，難以達到超拒水的要求。近年來，荷葉表面超拒水自清潔等特殊 的性質引起了人們的強烈興趣，研究表明，荷葉表面的超拒水性能來自于荷葉表面的蠟 狀物和表面的特殊粗糙結構。研究人員從中得到啟發(fā)，通過構建具有低表面能及納米尺 寸結構的粗糙表面來獲得超拒水表面。目前制備超拒水表面一般有兩種途徑一種是在 粗糙固體表面修飾低表面能物質，另一種是在低表面能物質表面構建粗糙微結構。制備 紡織品超拒水表面的方法很多，如脈沖激光沉積法、等離子體技術、電紡絲技術、相分 離技術等。這些方法大多工藝復雜、設備昂貴，而且文獻報道中常用于降低表面能的物 質如全氟硅氧烷價格昂貴，因而制約了超疏水表面的廣泛應用。而溶膠_凝膠法主要是 指金屬有機或無機化合物經過溶液、溶膠、凝膠而固化，再經熱處理而成氧化物或其他 化合物固體的方法。該方法工藝簡單、設備低廉，反應溫度低，反應過程易于控制，在 紡織品超拒水整理方面的應用具有獨特的優(yōu)越性。目前溶膠-凝膠法在紡織品超拒水整理方面的應用主要是先將Si02、TiO2> ZnO 等無機納米顆粒在纖維表面構筑粗糙的微結構，再利用低表面能物質進行化學表面改 性，以兩步法工藝賦予織物超拒水功能。該工藝較為繁瑣，在制備過程中通常需要大量 乙醇等有機溶劑作為反應介質，以促進前驅體的均相水解反應。但是有機溶劑成本高， 易燃，還有一定的污染性。因此，近年來許多研究開始運用水溶膠法制備納米SiO2,但 在紡織品功能整理方面研究較少。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種改性納米二氧化硅水溶膠無氟超拒水整 理劑及其應用，該整理劑性質穩(wěn)定，制備過程不涉及醇的使用，避免了有機溶劑的污 染，對紡織品進行超拒水整理，具有優(yōu)異的拒水性能。
本發(fā)明的一種改性納米二氧化硅水溶膠無氟超拒水整理劑，該整理劑的制備包 括(1)將1 4g前驅體、0.2CMC 1.2CMC陰離子表面活性劑與80 120g水混 合，在20 50°C下劇烈攪拌0.5 2h ；其中CMC為表面活性劑的臨界膠束濃度；(2)緩慢滴加催化劑氨水，攪拌1 6h，再添加1 5g改性劑長鏈烷基硅氧烷， 繼續(xù)攪拌1 5h，制得改性SiO2水溶膠。所述步驟(1)中的前驅體為四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅 烷、甲基三乙氧基硅烷中的一種。所述步驟(1)中的陰離子表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、 十二烷基磺酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉、十六烷基硫酸鈉、十六烷基磺酸鈉中的一種。所述步驟(2)中的催化劑氨水用量為1 5mL。所述步驟(2)中的改性劑長鏈烷基硅氧烷為辛基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基 硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六 烷基三乙氧基硅烷中的一種。本發(fā)明的一種改性納米二氧化硅水溶膠無氟超拒水整理劑在紡織品上的應用， 應用步驟包括將織物浸漬改性納米SiO2水溶膠10 60min，浸軋，烘干，焙烘。所述浸軋為二浸二軋，軋余率為60% 80%。所述的織物為棉、麻、粘膠、羊毛、絲綢、滌綸、錦綸或其混紡機織物或針織物。所述的浸漬時間為10 60min。所述的烘干溫度為80 90°C，時間為5min ；所述焙烘溫度是110 150°C，時 間為30 90min。本發(fā)明對溶膠-凝膠法進行改進，以水為溶劑，以氨水為催化劑，通過前驅體 及改性劑在陰離子表面活性劑作用下水解縮合，制備改性納米二氧化硅水溶膠無氟超拒 水整理劑，并采用一步法浸軋工藝將其應用于紡織品的超拒水整理，賦予織物優(yōu)異的拒 水性，而且可使織物保持基本物理機械性能，如柔軟的手感、強力、白度等，具有十分 廣闊的應用前景。本發(fā)明通過加入能與硅氧化物基體發(fā)生反應形成共價鍵的添加劑，實現(xiàn)對納米 SiO2的化學改性。前驅體在氨水的催化作用下，以表面活性劑形成的膠束為微反應器進 行溶膠-凝膠反應，形成SiO2球形顆粒。加入長鏈烷基硅氧烷后，長鏈烷基硅氧烷水解 形成的硅醇可與SiO2表面的SXi-OH進行脫水縮合形成Si-O-Si鍵，從而在SiO2表面引 入長碳烷烴鏈，制得改性SiO2水溶膠。本發(fā)明使用改性SiO2水溶膠整理織物，一方面提 高了纖維表面粗糙度，另一方面利用改性硅溶膠中引入的長碳鏈大大降低了織物表面自 由能，在纖維表面形成拒水薄膜，從而制得具有超拒水功能的紡織品。有益效果(1)本發(fā)明的改性納米SiO2水溶膠性質穩(wěn)定，制備方法避免乙醇的使用，減少了 污染；(2)本發(fā)明的改性納米SiO2水溶膠在紡織品上的應用，對設備要求性能低，方法 簡單、安全環(huán)保、成本低；一方面提高了纖維表面粗糙度，另一方面利用改性硅溶膠中引入的長碳鏈大大降低了織物表面自由能，在纖維表面形成拒水薄膜，從而制得具有超 拒水功能的紡織品；(3)滿足開發(fā)高檔拒水功能紡織品的需要。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本 發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領 域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要 求書所限定的范圍。實施例1將2g甲基三甲氧基硅烷、0.19g(0.8CMC)十二烷基硫酸鈉與IOOg水混合，在 25°C下劇烈攪拌Ih后，緩慢滴加催化劑氨水3mL，攪拌3h，再添加2g十二烷基三甲氧 基硅烷，繼續(xù)攪拌3h，制得改性SiO2水溶膠。采用改性SiO2水溶膠對純棉平紋機織物進行超拒水整理，將織物浸漬改性SiO2 水溶膠20min —二浸二軋(軋余率70% 80% ) — 80°C烘干5min — 120°C焙烘90min。使用OCA40型視頻接觸角測量儀進行接觸角測試，水量為5 μ L，水滴與織物接 觸60s后讀數(shù)，在同一樣品不同位置測量5次，取平均值?？椢锉砻婵?jié)裥愿鶕?jù)AATCC 22-2005《拒水性噴淋試驗》進行測試。測得整理后棉織物的接觸角為151°，表面 抗?jié)裥栽u分90。實施例2將3g四甲氧基硅烷、0.38g(1.0CMC)十二烷基磺酸鈉與IOOg水混合，在40°C 下劇烈攪拌Ih后，緩慢滴加催化劑氨水2mL，攪拌4h，再添加2g十六烷基三甲氧基硅 烷，繼續(xù)攪拌5h，制得改性SiO2水溶膠。采用改性SiO2水溶膠對滌綸斜紋機織物進行超拒水整理，將織物浸漬改性SiO2 水溶膠30min —二浸二軋(軋余率60% 70% ) — 85°C烘干5min — 140°C焙烘60min。使用OCA40型視頻接觸角測量儀進行接觸角測試，水量為5 μ L，水滴與織物接 觸60s后讀數(shù)，在同一樣品不同位置測量5次，取平均值?？椢锉砻婵?jié)裥愿鶕?jù)AATCC 22-2005《拒水性噴淋試驗》進行測試。測得整理后棉織物的接觸角為150°，表面 抗?jié)裥栽u分90。實施例3將3g四乙氧基硅烷、0.05g(1.2CMC)十二烷基苯磺酸鈉與IOOg水混合，在30°C 下劇烈攪拌2h后，緩慢滴加催化劑氨水3mL，攪拌3h，再添加4g十六烷基三甲氧基硅 烷，繼續(xù)攪拌5h，制得改性SiO2水溶膠。采用改性SiO2水溶膠對純棉斜紋機織物進行超拒水整理，將織物浸漬改性SiO2 水溶膠20min —二浸二軋(軋余率70% 80% ) — 90°C烘干5min — 130°C焙烘90min。使用OCA40型視頻接觸角測量儀進行接觸角測試，水量為5 μ L，水滴與織物接 觸60s后讀數(shù)，在同一樣品不同位置測量5次，取平均值?？椢锉砻婵?jié)裥愿鶕?jù)AATCC 22-2005《拒水性噴淋試驗》進行測試。測得整理后棉織物的接觸角為156°，表面 抗?jié)裥栽u分95。
權利要求
1.一種改性納米二氧化硅水溶膠無氟超拒水整理劑，該整理劑的制備包括(1)將1 4g前驅體、0.2CMC 1.2CMC陰離子表面活性劑與80 120g水混合， 在20 50°C下劇烈攪拌0.5 2h ；其中CMC為表面活性劑的臨界膠束濃度；(2)緩慢滴加催化劑氨水，攪拌1 6h，再添加1 5g改性劑長鏈烷基硅氧烷，繼 續(xù)攪拌1 5h，制得改性SiO2水溶膠。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種改性納米二氧化硅水溶膠無氟超拒水整理劑，其特征在 于所述步驟(1)中的前驅體為四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲 基三乙氧基硅烷中的一種。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種改性納米二氧化硅水溶膠無氟超拒水整理劑，其特征在 于所述步驟(1)中的陰離子表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二 烷基磺酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉、十六烷基硫酸鈉、十六烷基磺酸鈉中的一種。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種改性納米二氧化硅水溶膠無氟超拒水整理劑，其特征在 于所述步驟(2)中的催化劑氨水用量為1 5mL。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種改性納米二氧化硅水溶膠無氟超拒水整理劑，其特征 在于所述步驟(2)中的改性劑長鏈烷基硅氧烷為辛基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅 烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷 基三乙氧基硅烷中的一種。
6.一種改性納米二氧化硅水溶膠無氟超拒水整理劑在紡織品上的應用。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種改性納米二氧化硅水溶膠無氟超拒水整理劑在紡織品 上的應用，其特征在于將織物浸漬改性納米SiO2水溶膠10 60min，浸軋，烘干，焙焙。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種改性納米二氧化硅水溶膠無氟超拒水整理劑在紡織品上 的應用，其特征在于所述浸軋為二浸二軋，軋余率為60% 80%。
9.根據(jù)權利要求7所述的一種改性納米二氧化硅水溶膠無氟超拒水整理劑在紡織品上 的應用，其特征在于所述的織物為棉、麻、粘膠、羊毛、絲綢、滌綸、錦綸或其混紡 機織物或針織物。
10.根據(jù)權利要求7所述的一種改性納米二氧化硅水溶膠無氟超拒水整理劑在紡織品 上的應用，其特征在于所述的浸漬時間為10 eOmin;烘干溫度為80 90°C，時間 為5min ；焙烘溫度是110 150°C，時間為30 90min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改性納米二氧化硅水溶膠無氟超拒水整理劑及其應用，該整理劑的制備包括(1)將前驅體、陰離子表面活性劑與水混合，在20～50℃下劇烈攪拌；(2)緩慢滴加催化劑氨水，攪拌，再添加改性劑長鏈烷基硅氧烷，繼續(xù)攪拌，制得改性SiO2水溶膠。本發(fā)明的整理劑性質穩(wěn)定，避免了有機溶劑的污染，對紡織品進行超拒水整理，具有優(yōu)異的拒水性能。
文檔編號D06M101/06GK102021819SQ20101051576
公開日2011年4月20日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權日2010年10月22日
發(fā)明者莊偉 , 徐麗慧, 程德亮, 蔡再生 申請人:東華大學, 江蘇唐工紡實業(yè)有限公司