嵌段含氟聚丙烯酸酯樹脂的合成及其在氟碳涂料中的應(yīng)用研究.pdf

1、氟碳涂料因其具有優(yōu)異的疏水性、耐久性、耐候性、耐酸堿性和突出的防粘污自清潔功能而備受青睞。氟碳涂料的這些優(yōu)異性能主要取決于它的成膜樹脂即有機氟樹脂的超長性能，而嵌段型含氟丙烯酸酯類樹脂使氟鏈段容易自由運動，因此更有利于充分發(fā)揮有機氟樹脂中氟鏈段的特殊功能。將這類樹脂應(yīng)用于氟碳涂料領(lǐng)域是一個具有實際應(yīng)用價值的研究課題。鑒于此，本論文采用順序加料，并通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)法或溶液聚合法合成了3種嵌段型含氟聚丙烯酸酯樹脂(PFCB

2、H、PFBMCH和PFBSA)，并將3種樹脂分別用于氟碳涂料的配制。本論文的具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)ATRP法合成嵌段含氟聚丙烯酸酯樹脂PFCBH及其在涂料中的應(yīng)用
　　本章用甲苯作溶劑，通過ATRP法，以甲基丙烯酸十二氟庚酯(RfAA)與甲基丙烯酸丁酯(BMA)、甲基丙烯酸環(huán)己酯(CHMA)、丙烯酸羥丙酯(HPA)為原料，采用順序加料，在引發(fā)劑2-溴丙酸乙酯(EPN-Br)、催化劑溴化亞銅(CuBr)與配體五甲基二乙

3、烯三胺(PMDETA)的作用下，合成了一類多嵌段含氟聚丙烯酸酯樹脂(PFCBH)?？疾炝嗽吓浔取⒓恿戏绞綄渲阅艿挠绊?，確定出該樹脂的最佳合成條件為:n(EPN-Br)∶n(CuBr)∶n(PMDETA)=1∶0.7∶1.4，采用分步加料，加入RfAA時補加催化劑，RfAA占總單體質(zhì)量的10％。通過紅外光譜(IR)、核磁共振氫譜(1H-NMR)對樹脂結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，用凝膠色譜(GPC)檢測了其相對分子質(zhì)量及分布。結(jié)果表明，PFCBH

4、具有預(yù)期設(shè)計結(jié)構(gòu)，相對分子質(zhì)量為23493g/mol，分子量分布(PDI)為1.24。
　　然后將PFCBH樹脂與納米TiO2等配制成溶劑型氟碳涂料，考察了漆膜制作工藝對氟碳涂料應(yīng)用性能的影響。當(dāng)納米TiO2用量為15％、在130℃烘20min后，涂層的水接觸角可達(dá)140°，光澤達(dá)82％、硬度為3H、附著力為1級，具有良好的耐水耐酸堿性。
　　(2)嵌段有機氯改性含氟樹脂PFBMCH的合成及其應(yīng)用
　　本章以甲基異丁基

5、甲酮(MIBK)為溶劑，以RfAA、HPA、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、對氯甲基苯乙烯(CMS)為原料，用溶劑型引發(fā)劑引發(fā)，通過溶液聚合法合成了嵌段反應(yīng)型自交聯(lián)含氟聚丙烯酸酯樹脂(PFBMCH)。通過IR對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并用原子力顯微鏡(AFM)觀察了樹脂的微觀膜形貌，結(jié)果表明:PFBMCH具有預(yù)期的分子結(jié)構(gòu)，并且樹脂膜表面呈現(xiàn)出微觀相分離結(jié)構(gòu)，在2μm×2μm的掃描范圍內(nèi)，該膜表面的均方粗糙度(Rq)為0.448

6、nm。
　　將PFBMCH樹脂與納米TiO2等配制成氟碳涂料，研究了涂料的有關(guān)性能及影響因素。當(dāng)以混合溶劑做稀釋劑，添加25％TiO2，在140℃固化20min后，涂層的水接觸角可達(dá)130°，硬度達(dá)3H、附著力為0級，綜合性能優(yōu)異。
　　(3)嵌段含氟聚丙烯酸酯樹脂PFBSA的合成及硅烷改性氟碳涂料的應(yīng)用
　　本章以MIBK為溶劑，在溶劑型引發(fā)劑作用下，以RfAA、BA、BMA、烯丙基縮水甘油醚(AGE)、苯乙烯(ST

7、)為原料，通過溶液聚合合成了嵌段含氟聚丙烯酸酯樹脂(PFBSA)，固含量高達(dá)74％。通過AFM觀察了PFBSA樹脂的微觀膜形貌，發(fā)現(xiàn)其膜表面呈現(xiàn)出微觀相分離結(jié)構(gòu)，在1μm×1μm掃描范圍內(nèi)，均方粗糙度(Rq)為0.567nm。
　　將PFBSA樹脂用倍半硅氧烷低聚物改性，并通過IR對PFBSA/Si涂層進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，結(jié)果表明成功引入了倍半硅氧烷結(jié)構(gòu)，達(dá)到了預(yù)期目的。再將改性后PFBSA樹脂與納米TiO2等復(fù)配，制成氟碳涂料，探討