一种非硅无氟防水剂、其制备方法及防水织物
阅读说明：本技术 一种非硅无氟防水剂、其制备方法及防水织物 (non-silicon fluorine-free waterproof agent, preparation method thereof and waterproof fabric ) 是由 董锋 周宁 姜兴盛 托马斯·沃尔特施密特 张俊峰 李天源 卓丽琼 吴建通 于 2019-11-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供的一种不含硅和氟的防水剂及其制备方式,所述非硅无氟防水剂包括以下质量份的组分：20-30质量份丙烯酸、20-30质量份丙烯酸缩水甘油酯、10-20质量份双丙酮丙烯酸酰胺、1-10质量份硬脂酸,1-10质量份的交联剂,所述非硅无氟防水剂的pH值为5-7。该防水剂的防水性能好,对环境友好,生产工艺简单,造价低,可大规模应用于工业化生产中。使用该防水剂的织物,防水等级可达到5级。(The non-silicon and fluorine-containing waterproof agents comprise, by mass, 20-30 parts of acrylic acid, 20-30 parts of glycidyl acrylate, 10-20 parts of diacetone acrylamide, 1-10 parts of stearic acid and 1-10 parts of a cross-linking agent, and the pH value of the non-silicon and fluorine-free waterproof agent is 5-7.)
技术领域
本发明涉及纺织领域，特别涉及一种非硅无氟防水剂、其制备方法及防水织物。
背景技术
全氟辛烷磺酰基化合物(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)是C8防水剂中存在的痕量物质，具有难降解、生物累积性及多种毒性，且具备所有持久性有机污染物的共同特性,因而受到严格的限制。对于纺织行业，PFOA与PFOS主要存在于含氟防水防油整理剂处理的织物中。所以，用无氟防水剂替代含氟防水剂是大势所趋，无氟防水剂主要分为有机硅防水剂和非硅防水剂。非硅防水剂中不含PFOS和PFOA，对环境不会产生影响，但是市面上已有的非硅防水剂防水性能没有含氟防水剂的防水性能好，生产工序繁琐，产品造价高，并没有被广泛应用于纺织行业。
发明内容
鉴于背景技术所述的问题，本发明的目的在于提供了一种不含硅和氟的防水剂及其制备方式，该防水剂的防水性能好，对环境友好，生产工艺简单，造价低，可大规模应用于工业化生产中，制备使用该防水剂的织物。
为达到上述目的，在本发明的第一方面，发明人提供了一种非硅无氟防水剂，所述非硅无氟防水剂包括以下质量份的组分：20-30质量份丙烯酸、20-30质量份丙烯酸缩水甘油酯、10-20质量份双丙酮丙烯酸酰胺、1-10质量份硬脂酸、1-10质量份的交联剂；所述非硅无氟防水剂的pH值为5-7。
在本发明的第二方面，发明人提供了一种非硅无氟防水剂的制备方法，包括以下步骤：
先将水投入反应釜中，再向反应釜中投入丙烯酸、丙烯酸缩水甘油酯和交联剂，混合均匀，80-110℃反应2-6小时；降温至40-45℃，再投入双丙酮丙烯酸酰胺和硬脂酸，混合均匀，80-110℃反应1-3小时；最后加入有机溶剂助溶，得到乳化液，并调节乳化液的pH值至5-7，得到非硅无氟防水剂；
所述丙烯酸、丙烯酸缩水甘油酯、交联剂、双丙酮丙烯酸酰胺、硬脂酸和水的质量比为20-30：20-30：1-10：10-20:1-10：200-300，所述有机溶剂的含量为10-15g/L非硅无氟防水剂。
在本发明的第三方面，发明人提供了一种防水织物，所述防水织物用本发明第一方面所提供的非硅无氟防水剂进行处理。
区别于现有技术，本发明至少包括如下所述的有益效果：本发明提供的一种不含硅和氟的防水剂及其制备方式，该防水剂的防水性能好，可充分渗透入织物纤维，对环境友好，生产工艺简单，造价低，可大规模应用于工业化生产中。使用该防水剂的织物，防水等级可达到5级。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例详予说明。
双丙酮丙烯酰胺具有两种反应性基团：N-取代的酰胺和甲酮，极易与其他乙烯及单体共聚，从而向聚合物中引入酮羰基，利用酮羰基的化学性质，可以使聚合物发生交联接枝等反应。
首先说明本发明第一方面的一种非硅无氟防水剂，所述非硅无氟防水剂包括以下质量份的组分：20-30质量份丙烯酸、20-30质量份丙烯酸缩水甘油酯、10-20质量份双丙酮丙烯酸酰胺、1-10质量份硬脂酸、1-10质量份的交联剂；所述非硅无氟防水剂的pH值为5-7。
优选的，还包括200-300质量份水和有机溶剂，所述有机溶剂的含量为10-15g/L非硅无氟防水剂。
防水剂中的水的含量根据需要进行增减，可以保证各组分进行乳化即可。有机溶剂用于助溶。
优选的，所述交联剂为异氰酸酯。
优选的，采用柠檬酸、氢氧化钠、或柠檬酸钠溶液调节乳化液的pH值。
其次，说明本发明第二方面的一种非硅无氟防水剂的制备方法，包括以下步骤：
先将水投入反应釜中，再向反应釜中投入丙烯酸、丙烯酸缩水甘油酯和交联剂，持续搅拌，80-110℃反应2-6小时；降温至40-45℃，再投入双丙酮丙烯酸酰胺和硬脂酸，持续搅拌，80-110℃反应1-3小时；最后加入有机溶剂助溶，得到乳化液，并调节乳化液的pH值至5-7，得到非硅无氟防水剂；
所述丙烯酸、丙烯酸缩水甘油酯、交联剂、双丙酮丙烯酸酰胺、硬脂酸和水的质量比为20-30：20-30：1-10：10-20:1-10：200-300，所述有机溶剂的含量为10-15g/L非硅无氟防水剂。
优选的，所述有机溶剂为乙醇。
优选的，所述交联剂为异氰酸酯。
再次，说明本发明第三方面的一种防水织物，所述防水织物用本发明第一方面所述的非硅无氟防水剂进行防水处理。
所述防水织物的制备，包括以下步骤：
工作液配制：将本发明第一方面配制的非硅无氟防水剂稀释为浓度10-40g/L的工作液，
一浸一轧：将织物浸泡于工作液中10-90s后用轧车扎一次，所述轧车压力为1-2Kg/cm2,带液率为65-100％，
烘干：将一浸一轧后的织物在150-180℃烘60-180秒，得到防水织物。
织物的防水功能由织物表面形貌和表面能共同决定。织物表面粗糙度低，则织物表面液体接触角增大，可以从一定程度上减少液体在织物表面的停留时间和残余量。而织物表面自由能低，则附着力小，固体表面液体的接触角也就越大。而防水剂中的组分为低表面能的疏水交联聚合物，能有效的降低使用防水剂织物表面的表面能，达到有效防水的效果。同时，防水剂在使用后也可以有效降低织物表面粗糙度，使得织物表面更加平滑，从而进一步地，提升了织物的防水、防油性能。
同时，防水剂可充分渗透入织物纤维，提高防水性能。
优选的，所述织物为化纤织物。
工作液的浓度控制在10-40g/L,发明人在研究中发现，浓度大于40g/L时，防水剂会在织物表面形成涂层，影响织物的柔软性；浓度小于10g/L,织物中防水剂的含量太少，不能起到较好的防水的效果。
实施例1一种非硅无氟防水剂的制备：
取丙烯酸60kg，丙烯酸缩水甘油酯60kg，交联剂(异氰酸酯)20kg，投入含600kg水的反应釜中，持续搅拌，反应釜升温至100℃，反应4小时后，降温至40℃后继续向反应釜中投入双丙酮丙烯酸酰胺40kg，硬脂酸20kg，持续搅拌，升温至100℃，反应2小时后，冷却至室温，再向反应釜中加入乙醇，加入乙醇量为10g/L，得到乳化液，调节乳化液pH为6，得到非硅无氟防水剂。
实施例2一种非硅无氟防水剂的制备
取丙烯酸8kg，丙烯酸缩水甘油酯8kg，交联剂(异氰酸酯)3kg，投入含70kg水的反应釜中，持续搅拌，升温至100-110℃，反应4-5小时，降温至40-45℃后，继续向反应釜中投入双丙酮丙烯酸酰胺7kg，硬脂酸3kg，持续搅拌，升温至100-110℃，反应2-3小时后，冷却至室温，再向反应釜中加入乙醇，加入乙醇量为10g/L，调节乳化液pH为6，得到非硅无氟防水剂。
实施例3一种非硅无氟防水剂的制备
取丙烯酸20kg，丙烯酸缩水甘油酯20kg，交联剂(异氰酸酯)1kg，投入含200kg水的反应釜中，持续搅拌，升温至100℃，反应4小时，降温至40℃后，继续向反应釜中投入双丙酮丙烯酸酰胺10kg，硬脂酸1kg，持续搅拌，升温至100℃，反应2小时后，冷却至室温，再向反应釜中加入乙醇，加入乙醇量为15g/L，调节乳化液pH为7，得到非硅无氟防水剂。
实施例4一种非硅无氟防水剂的制备
取丙烯酸30kg，丙烯酸缩水甘油酯30kg，交联剂(异氰酸酯)10kg，投入含300kg水的反应釜中，持续搅拌，升温至110℃，反应2小时，降温至45℃后，继续向反应釜中投入双丙酮丙烯酸酰胺20kg，硬脂酸10kg，持续搅拌，升温至80℃，反应3小时后，冷却至室温，再向反应釜中加入乙醇，加入乙醇量为15g/L，调节乳化液pH为5，得到非硅无氟防水剂。
实施例5一种非硅无氟防水剂的制备
取丙烯酸30kg，丙烯酸缩水甘油酯20kg，交联剂(异氰酸酯)5kg，投入含250kg水的反应釜中，持续搅拌，升温至100℃，反应4小时，降温至43℃后，继续向反应釜中投入双丙酮丙烯酸酰胺15kg，硬脂酸2kg，持续搅拌，升温至100℃，反应6小时后，冷却至室温，再向反应釜中加入乙醇，加入乙醇量为12g/L，调节乳化液pH为6，得到非硅无氟防水剂。
实施例6一种非硅无氟防水剂的制备
取丙烯酸25kg，丙烯酸缩水甘油酯25kg，交联剂(异氰酸酯)3kg，投入含250kg水的反应釜中，持续搅拌，升温至80℃，反应6小时，降温至40℃后，继续向反应釜中投入双丙酮丙烯酸酰胺16kg，硬脂酸3kg，持续搅拌，升温至110℃，反应1小时后，冷却至室温，再向反应釜中加入乙醇，加入乙醇量为14g/L，调节乳化液pH为7，得到非硅无氟防水剂。
实施例11一种防水织物的制备
工作液配制：将实施例1配制的非硅无氟防水剂稀释为浓度30g/L的工作液，
一浸一轧：将化纤织物浸泡于工作液中10-90s后用轧车扎一次，所述轧车压力为1-2Kg/cm2,带液率为65-100％，
烘干：将一浸一轧后的化纤织物在150-180℃烘60-180秒，得到防水织物。
实施例12一种防水织物的制备
工作液配制：将实施例2配制的非硅无氟防水剂稀释为浓度30g/L的工作液，
一浸一轧：将化纤织物浸泡于工作液中10-90s后用轧车扎一次，所述轧车压力为1-2Kg/cm2,带液率为65-100％，
烘干：将一浸一轧后的化纤织物在150-180℃烘60-180秒，得到防水织物。
实施例13一种防水织物的制备
工作液配置：工作液配制：将实施例1配制的非硅无氟防水剂稀释为浓度10g/L的工作液，
一浸一轧：将化纤织物浸泡于工作液中10-90s后用轧车扎一次，所述轧车压力为1-2Kg/cm2,带液率为65-100％，
烘干：将一浸一轧后的化纤织物在150-180℃烘60-180秒，得到防水织物。
实施例14一种防水织物的制备
工作液配制：将实施例2配制的非硅无氟防水剂稀释为浓度40g/L的工作液，
一浸一轧：将化纤织物浸泡于工作液中90s后用轧车扎一次，所述轧车压力为1-2Kg/cm2,带液率为65-100％，
烘干：将一浸一轧后的化纤织物在150-180℃烘60-180秒，得到防水织物。
实施例15一种防水织物的制备
工作液配制：将实施例2配制的非硅无氟防水剂稀释为浓度20g/L的工作液，
一浸一轧：将化纤织物浸泡于工作液中60s后用轧车扎一次，所述轧车压力为1-2Kg/cm2,带液率为65-100％，
烘干：将一浸一轧后的化纤织物在150-180℃烘60-180秒，得到防水织物。
实施例16一种防水织物的制作
工作液配制：将实施例3配制的非硅无氟防水剂稀释为浓度30g/L的工作液，
一浸一轧：将化纤织物浸泡于工作液中50s后用轧车扎一次，所述轧车压力为1-2Kg/cm2,带液率为65-100％，
烘干：将一浸一轧后的化纤织物在150-180℃烘60-180秒，得到防水织物。
对比实施例1一种非硅无氟防水剂的制备
对比实施例1与实施例1的区别为，对比实施例1中，加入的丙烯酸50kg，丙烯酸缩水甘油酯90kg。
对比实施例2一种非硅无氟防水剂的制备
对比实施例2与实施例2的区别为，对比实施例2中，丙烯酸90kg，丙烯酸缩水甘油酯50kg。
对比实施例3-4一种防水织物的制备
对比实施例3-4与实施例11的区别为，分别采用对比实施例1和2所制备的非硅无氟防水剂进行防水织物的制备。
将实施例11、12，对比实施例3、4，未处理的化纤织物进行纺织防水测试，试验方法及结果如下：
织物防水性的测试方法如下：按照AATCC-22喷淋实验对织物进行防水性能测试：经恒温恒压的试样，装在试样框夹上，安装于水平成45°角的固定在底座上，将250ml蒸馏水或去离子水(温度为20℃±2℃或27℃±2℃)迅速而平稳的注入漏斗中，通过与试样中心规定的喷头在24～30s内，朝试样中心平均而持续不断地喷淋。对测试后的织物进行评级。
按照AATCC-22评级标准对织物防水等级进行评级：
100(ISO5)-受淋表面没有润湿,也没有沾水珠
90(ISO4)--受淋表面没有润湿,但沾有水珠
80(ISO3)--受淋表面只在喷淋点润湿
70(ISO2)--受淋表面只有部分润湿
60(ISO1)--受淋表面全部润湿
0--受淋表面和另一面全部润湿
编号
未处理
实例1
实例2
对比例1
对比例2
防水等级
ISO1
ISO5
ISO5
ISO4
ISO3
以上试验结果说明本发明的防水剂确实能提高织物的防水性能，同时丙烯酸和丙烯酸缩水甘油酯的加入比例影响防水剂的防水性能。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。