氟硅防污剂的合成与复配

氟硅防污剂的合成、复配及其作用机理研究

摘要:以甲基丙烯酸十二氟庚酯(G - 04)和γ甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH - 570)为主要原料,以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,石油醚作溶剂,合成了一种反应性氟硅聚合物( FMS) ,并与甲基硅树脂( TM - 10) 、聚硅氧烷(DH - 40) 、γ氨丙基三乙氧基硅烷(KH - 550)复配制得抛光砖防污剂( FMS - SR) 。用FTIR对FMS的结构进行了表征,研究了FMS防污作用机理。结果表明,当m ( TM - 10) /m (DH - 40) = 118时, FMS - SR石油醚溶液中FMS的最佳质量分数为3.4% ,防污性能最佳;经FMS - SR处理后,抛光砖防污性能和耐磨性能分别达到5级和4级,水和液体石蜡在抛光砖表面的接触角分别达到109.5°和97°。

关键词:防污剂; 含氟丙烯酸酯; 有机硅; 防污机理; 防水防油; 建筑用化学品抛光砖是一类具有硬度高、强度大、耐磨性好、表面平整光亮、装饰图案丰富、仿石材效果逼真等特点的现代建筑装饰材料。然而,抛光砖在加工过程中,砖体抛光表面层颗粒受到破坏和磨损,增加了其表面的吉布斯自由能,吸附能力增强,使抛光砖表面非常容易藏污、吸污,致成品抗污性能很差[ 1～3 ] 。为此,需要在表面涂覆防污剂。目前抛光砖防污剂主要分为石蜡、乳胶和有机硅三类: ①石蜡类:因其价廉而普遍使用,但由于蜡只能在表面涂覆,且与基材的附着力不好,防污效果不理想,防污时间短; ②乳胶类:价格较便宜,但不耐擦洗,防污效果不理想; ③有机硅类:表面能较低,能形成聚合物膜,具有渗透性好、快干、防污效果持久等特点,但在防油性污渍方面性能欠佳。

含氟化合物具有卓越的化学稳定性、耐候性、耐腐蚀性、耐热性、无污染、抗氧化性,使其具有烃类、有机硅类无法比拟的防水、防油、防污性能[ 4～8 ] 。在硅烷或聚硅氧烷中引入氟原子可进一步降低有机硅表面能,提高其疏水疏油和防污性能[ 9, 10 ] 。

以甲基丙烯酸十二庚酯(G - 04)和γ甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷( KH - 570)为主要原料,以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,石油醚作溶剂,合成了一种反应性氟硅聚合物( FMS) ,并与甲基硅树脂(TM - 10) 、聚硅氧烷(DH - 40) 、γ氨丙基三乙氧基硅烷( KH - 550)复配制得抛光砖防污剂( FMS - SR) ,抗污耐久,性能突出。

1实验部分

1.1主要原料及仪器

甲基丙烯酸十二氟庚酯(G - 04) ,工业品,哈尔滨雪佳氟硅化学有限公司;γ甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷( KH - 570) ,工业品,湖北荆州市江汉化工有限公司;γ氨丙基三乙氧基硅烷( KH -550) ,工业品,辽宁盖州市化学工业有限公司;甲基硅树脂( TM - 10) ,聚硅氧烷(DH - 40) ,工业品,江西海多化工有限公司;过氧化苯甲酰(BPO) , CP,上海精细化工科技有限公司;石油醚,AR,天津市富宇精细化工有限公司;固化剂(自制) 。

傅立叶变换红外光谱仪( FTIR) : EQU INX55;金相显微镜,MM - 1C;接触角测量仪, JC2000C;MRH - 5A 环块磨损试验机。

1.2含氟丙烯酸酯改性有机硅防污剂( FM S - SR)的制备

1.2.1反应性氟硅聚合物( FMS)的合成

在装有电动搅拌器、回流冷凝管、温度计、恒压滴液漏斗的250mL三口烧瓶中,分别加入5.2 g G- 04、4.7 g KH - 570、0.1 g BPO、40 g石油醚,水浴加热,搅拌升温至85 ℃,恒温反应3 h,自然冷却至室温,得微黄色液体即为产物( FMS) ,理论固含量(固体份质量分数)为20%。

1.2.2氟硅防污剂( FMS - SR)的复配

称取4 g FMS、6.2 g TM - 10、3.4 g DH - 40、0.2 g KH - 550、0.1 g固化剂、45 g石油醚,混合搅拌均匀,配制成防污剂( FMS - SR) 。

1.3防油性污渍测试实验

将所选抛光砖试样(10 cm ×10 cm)表面清洗干净,然后在(110 ±5) ℃的烘箱中干燥至恒重,并冷却至室温。滴加5 g FMS - SR防污剂于砖表面,用纱布涂抹均匀, 室温放置48 h 后, 按GB /T3810114—1999[ 11 ]开始防污性能的测试。将红色印泥涂抹在抛光砖表面, 24 h后,按规定方法清洗,目测砖面的变化来确定其耐污染性级别,眼睛距离砖面25～30 cm,光线为日光灯。首先,用温度为( 55±5) ℃的热水清洗,清洗掉为5级;若清洗不掉,用pH = 615～715的弱清洗剂(商业试剂)清洗,洗掉为4级;若洗不掉,用pH = 9～10的强清洗剂(商业试剂)清洗,洗掉为3级;若洗不掉,用盐酸溶液或氢氧化钾溶液或其他溶剂清洗,清洗掉为2级;任何方法都清洗不掉为1级。

1.4耐磨性能测试实验

经防污剂处理过的抛光砖试样( 10 cm ×10cm)按GB /T381017—1999[ 12 ] 进行耐磨性能的测试。研磨介质为GB /T 308—1989滚动轴承钢球和GB /T2479—1996普通磨料白刚玉,试样的预调转速为100、150、600、750、1 500、2 100、6 000和12 000 r /min。达到预调转速后,取下试样,用流动水冲洗,在(110 ±5) ℃的烘箱内烘干。用眼睛观察对比未磨和经过研磨后的砖釉面的差别,注意不同的转速研磨后砖面的差异。试样根据表1进行分类,共分5类。

1.5经防污剂处理的抛光砖表面接触角测试

采用JC2000C型接触角测量仪。取经含氟丙烯酸酯改性有机硅防污剂处理过的抛光砖样品,用微量注射器将水和液体石蜡滴在抛光砖表面上进行测定,每个样品取6个不同点测试,取算术平均值。

2结果与讨论

2.1FM S的红外光谱表征

图1为FMS的傅立叶变换红外光谱图(KBr压片) 。