一種防水劑、制備方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種防水劑、制備方法及其應(yīng)用。所提供的防水劑為酰胺基與酯基同時(shí)作為橋基的氟烷基硅烷偶聯(lián)劑，其橋基極性可提供良好的結(jié)晶性和自組裝特性。防水劑在羥基化的硅片表面自組裝形成穩(wěn)定的硅醚鍵化學(xué)鍵合，經(jīng)高溫焙烘，可以在基體材料表面形成一層穩(wěn)定的防水薄膜層。基于含氟化合物的低表面能特性以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性，具有對(duì)水的接觸角大、防水效果好等特點(diǎn)。硅羥基與硅烷氧基發(fā)生化學(xué)鍵合，其膜層穩(wěn)定，防水效果具有耐久性。同時(shí)，全氟烷基硅氧烷及其防水材料的反應(yīng)和制備條件溫和、制備工藝簡(jiǎn)單、原材料易得，易于工業(yè)化生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。
【專利說明】一種防水劑、制備方法及其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種防水劑及其合成與應(yīng)用，特別涉及一種可在基體材料表面自組裝 的全氟烷基硅氧烷，用于材料表面處理可以使其表面具有防水性能。

【背景技術(shù)】
[0002] 分子自組裝是近20年來興起的一種制備有機(jī)超薄膜的技術(shù)，其主要原理是利用 潔凈的固體基質(zhì)表面在稀溶液中通過化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)吸附作用，吸附活性物質(zhì)而形成有序 單分子膜。該技術(shù)的特點(diǎn)是不需要借助外力，分子自行聚集、組織成規(guī)則結(jié)構(gòu)。自組裝技術(shù) 使人們能從分子和原子水平理解分子結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，根據(jù)分子對(duì)結(jié)構(gòu)的選擇性合 理設(shè)計(jì)制備理想的單分子或多層次多組分的分子復(fù)合膜、大分子或超分子復(fù)合物質(zhì)等。從 而合理定向設(shè)計(jì)制備在潤(rùn)滑、潤(rùn)濕、粘著等領(lǐng)域具有優(yōu)異性能的分子膜。
[0003] 傳統(tǒng)防水膜層的制備，主要是通過在基體材料表面涂覆防水劑、或者經(jīng)浸軋焙烘 等技術(shù)在紡織品表面形成防水薄膜。防水劑與基體材料之間主要是通過分子間作用力或者 氫鍵等次價(jià)力結(jié)合束縛，由于次價(jià)力本身較弱，導(dǎo)致分子與基體表面的結(jié)合不牢固，耐久性 較差，使用性能受到很大限制。因此，傳統(tǒng)的通過物理作用吸附防水化合物的局限性已經(jīng)日 益凸顯，積極的尋求一種結(jié)合力更牢固的方法已成為一種極大的需求。通過化學(xué)反應(yīng)使防 水化合物與材料結(jié)合的也已經(jīng)成為可能，這種方法往往要通過引發(fā)劑等外加物質(zhì)才能得以 實(shí)現(xiàn)，需要一定的能耗，并可能造成污染等負(fù)面作用。分子自組裝技術(shù)的出現(xiàn)，使得無需外 加能量而使分子與材料表面自動(dòng)通過化學(xué)鍵合的方式成為可能。
[0004] 在有機(jī)防水劑中，有機(jī)氟因其具有較低的表面能等特性，被廣泛應(yīng)用于防水領(lǐng)域。 常用的氟烷基單體化合物主要有全氟烷基碘、全氟烷基溴等齒族氟烷基化合物，全氟烷基 醇、全氟烷基酸以及各種含氟烯酸酯等。如Geyer，A. M等人通過自由基加成反應(yīng)，以含氟 碘烷與乙烯基硅烷反應(yīng)得到含氟有機(jī)硅化合物(參見文獻(xiàn)[J ] J. Chem. Soc. 1957年，第 4472?4479頁)。古國(guó)團(tuán)等人通過自組裝技術(shù)首先將氨丙基-三甲氧基硅烷分子與富含羥 基的硅片表面鍵合，然后以吡啶為催化劑，將硅片浸入全氟辛酰氯的甲苯溶液中處理，最終 在硅片表面得到含氟烷基的分子膜(參見文獻(xiàn)[J] Acta. Phys. Chim. Sin. 2002年，第 18期，第669?672頁)。但是，由于上述技術(shù)方案是先通過自組裝將氨丙基硅烷接到硅 片表面，再將氟烷基接到硅烷分子上，這其中需經(jīng)過多次超聲清洗、溶液處理、高溫處理等， 可能僅有少量全氟辛酰氯接到硅片表面，從而導(dǎo)致表面氟含量較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的含氟防水劑的防水性和耐久性不 能兼顧的不足，提供一種具有持久防水功能的有機(jī)氟材料防水劑、制備方法，將制備的全氟 烷基硅氧烷化合物用于處理含活性羥基的基體材料，使基材表面通過化學(xué)鍵合，材料的防 水效果好、耐化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱穩(wěn)定性優(yōu)良，防水效果持久，綜合性能優(yōu)越。
[0006] 為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種防水劑，它為 (3-三烷氧基硅丙基）-羧丙基甲酰胺-全氟烷基乙基酯，具有如下結(jié)構(gòu)：

【權(quán)利要求】
1. 一種防水劑，其特征在于它為#- (3-三烷氧基硅丙基）-羧丙基甲酰胺-全氟烷基 乙基醋，具有如下結(jié)構(gòu)：
其中，R為-CH3或-CH2CH3;m為0或1 ;n為2?6的整數(shù)。
2. -種如權(quán)利要求1所述的防水劑的制備方法，其特征在于包括加成反應(yīng)和酯化反 應(yīng)，具體步驟如下： (1) 加成反應(yīng) ① 按重量計(jì)，在反應(yīng)器中投入1份氨烷基硅烷偶聯(lián)劑，3?25份溶劑和1?5份丁二 酸酐，在氮?dú)獗Ｗo(hù)、室溫條件下進(jìn)行加成反應(yīng)6?14小時(shí)； ② 將得到的反應(yīng)液以甲醇洗滌，過濾除去過量丁二酸酐、蒸餾除溶劑后得到無色透明 黏稠物#_(三烷氧基硅烷基）_羧丙基甲酰胺； (2) 酯化反應(yīng) ① 按重量計(jì)，在反應(yīng)器中投入1份#-(三烷氧基硅烷基）-羧丙基甲酰胺和5?20份 溶劑，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加入1?3份％羰基二咪唑，室溫條件下進(jìn)行酰胺化反應(yīng)1?8小 時(shí)； ② 按重量計(jì)，將0.5?2份全氟烷基乙基醇溶解在1?10份溶劑中，得到全氟烷基乙 基醇溶液； ③ 將全氟烷基乙基醇溶液緩慢滴加到酰胺化反應(yīng)后得到的溶液中，滴加時(shí)間為0. 5? 3小時(shí)；滴加完畢后在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，升溫至60?80°C進(jìn)行置換反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為1? 10小時(shí)； ④ 降溫至室溫，待咪唑晶體析出，過濾除去固體，減壓蒸餾處理除去溶劑，得到無色透 明液體化合物(3-三烷氧基硅丙基）-羧丙基甲酰胺-全氟烷基乙基酯。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種防水劑的制備方法，其特征在于：加成反應(yīng)中，氨烷基硅 烷偶聯(lián)劑為氨乙基三乙氧基硅烷、氨乙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷和氨丙基三 甲氧基硅烷中的任意一種；所述的溶劑為甲苯、氯仿、四氫呋喃和二甲基甲酰胺中的任意一 種，或任意兩種的混合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種防水劑的制備方法，其特征在于：酯化反應(yīng)中，溶劑為甲 苯、氯仿、四氫呋喃和二甲基甲酰胺中的任意一種，或任意兩種的混合物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種防水劑的制備方法，其特征在于：酯化反應(yīng)中，全氟烷基 乙基醇為具有不同碳鏈長(zhǎng)度的氟烷基醇CF3-(CF 2)n-CH2CH2OH，其中，η為3?7的整數(shù)；減壓 蒸餾處理的條件為蒸餾真空度1?lOmmHg，溫度25?60°C。
6. -種如權(quán)利要求1所述的防水劑應(yīng)用于材料表面防水處理，其特征在于包括如下步 驟： X將待防水處理的基材表面清洗后，再進(jìn)行基材表面的羥基化處理； S按重量計(jì)，將1份防水劑溶解于80?100份甲苯中，得到防水劑甲苯溶液；將羥基化 處理后的基材浸入到防水劑甲苯溶液中，室溫條件下處理0. 5?2小時(shí)；再經(jīng)甲苯清洗、氮 氣吹干，得到表面自組裝(3-三烷氧基硅丙基）-羧丙基甲酰胺-全氟烷基乙基酯的防 水材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種防水劑應(yīng)用于材料表面防水處理，其特征在于：所述的 待防水處理的基材為娃片。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種防水劑應(yīng)用于材料表面防水處理，其特征在于：所述的 基材表面的羥基化處理方法為piranha溶液浸泡法或等離子體處理法。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種防水劑應(yīng)用于材料表面防水處理，其特征在于：將得到 的表面自組裝(3-三烷氧基硅丙基)-羧丙基甲酰胺-全氟烷基乙基酯的防水材料再進(jìn) 行高溫焙烘，焙烘溫度為100?150°C，焙烘時(shí)間為0. 5?2小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C07F7/18GK104292251SQ201410464462
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】吳林, 李戰(zhàn)雄, 蔡露, 臧雄, 劉安琪 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)