应用在光固化低表面能涂料中反应型氟硅助剂的合成及相关机理研究

发布时间：2020-07-13 16:00

【摘要】：低表面能涂层在航空、防污、防冰等方面的应用具有重要意义,但是其易破坏的特性严重限制了低表面能涂层的使用性,而市面上同样耐久性的低表面能涂层大都制备工艺复杂、成本高昂,制备出工艺简单且兼耐久性的低表面能涂层十分有必要。本文以线性硅氧烷和笼型硅氧烷为基础合成了两种可光固化氟硅助剂,将其和光固化树脂简单复配,依靠氟硅结构的协同作用提高链段迁移而制备低表面能涂料,工艺简单。更重要的是,氟硅树脂上的双键使表面能结构嵌入光固化形成的交联网络中,提高其耐久性。另外,本论文还制备纳米二氧化硅活性引发中心,采用紫外光引发的原子转移自由基聚合在玻璃基材上形成了超疏水表面。具体研究内容如下:(1)利用含氢聚二甲基硅氧烷(H-PDMS)、丙烯酸六氟丁酯(G01)、丙烯酸十二氟庚酯(G05)等为原料,设计合成5种接枝不同链段含氟聚合物的线型可光固化氟硅助剂,分别命名为G-SPG01、G-SP(G01+G05)1:1、G-SP(G01+G05)1:2、G-SP(G01+G05)1:2和G-SPG05。将它们作为反应型助剂与光固化聚氨酯复配,制备低表面能光固化涂层。通过对固化漆膜表面的静态水接触角的测试,表明合成的反应型助剂均少量添加即可显著提高固化漆膜的水接触角,从72°提高到105°以上。通过视频光学接触角仪对以上5种反应型助剂复配得到的光固化聚氨酯漆膜进行“打磨-热恢复”研究,结果表明添加助剂G-SP(G01+G05)1:1的漆膜表现出较好的耐磨性能(在20 KPa压力800目砂纸下的60次的打磨水接触角仍保持在140°)。(2)利用γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、G05、丙烯酸(AA)等为原料设计合成出3种不同官能度的笼型可光固化氟硅助剂分别命名为EP-POSS-G05-AA-2:6、EP-POSS-G05-AA-4:4、EP-POSS-G05-AA-6:2。将其作为助剂添加到光固化聚氨酯中复配形成低表面能涂层。通过对固化涂层表面性能的研究,研究结果表明随着POSS结构上接枝的丙烯酸十二氟庚酯的含量增加,漆膜的疏水性能、耐磨性能和表面铅笔硬度都有所提高,添加助剂为EP-POSS-G05-AA-2:6、EP-POSS-G05-AA-4:4和EP-POSS-G05-AA-6:2的漆膜呈现出最大的水接触角分别114°、117°和122°,漆膜表面最大的铅笔硬度分别为B-HB、HB-H和2H-3H。(3)利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)和2-溴代异丁酰溴依次对纳米二氧化硅进行改性制备活性中心。采用紫外光引发的原子转移自由基聚合的方法,使G05在纳米二氧化硅活性中心表面引发聚合沉积在玻璃基材上制备超疏水表面。通过视频光学接触角仪对纳米活性中心含量和光聚合时间对表面水接触角的影响进行表征,结果表明随着纳米活性中心含量的增加引发聚合形成超疏水表面的时间越长。通过场发射扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和热重分析仪对添加60 mg纳米二氧化硅活性中心不同光引发时间所形成的表面及其纳米二氧化硅活性中心颗粒大小进行表征,结果表明随着引发时间的延长形成的表面更加致密,活性表面的聚合物含量增加(二氧化硅活性中心的粒径增大)。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ630.4
【图文】：

-2-甲基丙酸与POSS结构上的环氧基团进行开环反应OSS 上，制备出含 POSS 结构的引发剂。好的将含氟单体与 POSS 结构结合起来，大量的研究人seph M.Mabry 等[41]利用偶联剂水解法，制备出不同含现改性后的含氟 POSS 结构有着更好的热稳定性，同漆膜的表面能有较大的降低，涂层与水的接触角最大氟 POSS 与 PMMA 用共混电纺制的方法制备出了具有用含有多官能团的 POSS 合成了含氟三元共聚物，通过构造了超疏水性涂膜。Young 等[44]用全氟烷基硫醇在 备得到全氟烷基硫醚取代的 POSS，将其与 PMMA 共现这类 POSS 的加入，使漆膜的接触角得到极大提高构中的 7/8 的顶点为烷基修饰、剩下顶点为丙烯酸醋制得超疏水无纺布，研究发现该材料与水的接触角可结果可以表明含氟 POSS 结构的聚合物具有很好的提

硅氧烷预涂层木材上，制备了超疏水涂料。Wang 等人[60]32.5 wt.% SiO2喷涂 1H,1H,2H,2H-过氟十烷基三乙氧基硅植的超疏水膜。然而，虽然喷雾法非常方便，但纳米粒相分离，并降低涂层由于颗粒聚集而产生的粘结性能。的数量，提高聚合物与无机粒子之间的界面结合力，是了解决上述问题，一些研究人员选择了溶胶-凝胶法，而改善纳米粒子在涂层中的分散。例如，Latthe 等人[61]采用上制备半透明超疏水二氧化硅-聚甲基丙烯酸甲酯涂层。胶法制备了几乎透明的聚氨酯/二氧化硅复合超疏水涂层分散性。Kumar 等人[63]采用有机-无机杂化溶胶-凝胶法 的自清洁环氧丙基三乙氧基硅烷涂料。结果表明，溶胶-子的分散性，减少纳米粒子的加入量，有利于超疏水涂溶胶-凝胶法并不能有效地解决聚合物与无机粒子之间的-凝胶法在聚合物表面原位生长无机粒子，可以进一步提疏水涂层的界面结合力[64]。

图 1-4 紫外光发聚合机理图子表面光引发原子转移自由基聚合研究由于其具有较大的比表面能，所以在当纳米粒子作为反应会具有较低的反应活性。所以将 ATRP 技术与纳米粒子相子表面能够自发的生长，利用小分子的在体系中运动特点可反应型。在过去的研究中有较多的研究工作者对在纳米形成核-壳结构。2001 年，Yagci 课题组[73]研究了各种亲水 20 °C 的水性介质中，通过原子转移自由基聚合(ATRP)的面接枝了单体的聚合物。研究结果表明在聚合的过程中形单体的性质有较大的关系。研究意义及内容

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本文编号：2753670