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丙烯酸酯类聚合物具有性能优异、价格低廉、性能灵活可调等优点。近年来,功能性丙烯酸酯聚合物受到广泛关注,特别是具有UV固化功能的丙烯酸酯聚合物和具有pH响应功能的丙烯酸酯类聚合物。前者具有固化速度快、高效环保等特点,广泛应用于涂料、胶黏剂、织物整理剂、油墨等领域;后者在不同pH下表现出不同的胶束行为,在生物医药、药物释放等领域具有重要应用。虽然功能性丙烯酸酯聚合物越来越受关注,但是其具有普通丙烯酸酯聚合物的通病,如表面能高、防污性能差、耐热耐寒耐溶剂性差等缺点,其性能上的缺点限制了它的应用。 有机氟聚合物具有优异的疏水疏油、耐高低温、耐水、耐候、耐溶剂、耐腐蚀、耐紫外、低摩擦系数等性能。有机硅聚合物具有优异的低表面能、热稳定性、低温柔韧性、耐候性等。有不少研究人员利用有机氟有机硅聚合物改善丙烯酸酯聚合物的性能缺点,获得良好效果。而在此基础之上,本文利用有机氟有机硅聚合物对功能性丙烯酸酯类聚合物进行改性,实现有机氟有机硅与功能性丙烯酸酯聚合物在分子水平上复合,可以有效地发挥有机氟有机硅聚合物的优异特性能,弥补功能性丙烯酸酯类聚合物性能上的不足。 但目前主流的无规自由基共聚法需要大量有机氟硅单体才能体现氟硅优异特性,特别是低表面能特性;而合成功能性有机氟硅丙烯酸酯嵌段聚合物虽可在降低有机氟硅单体用量的同时获得理想表面改性效果,但是制备条件苛刻,难以大规模应用。 本研究通过制备含长氟或长硅侧链功能性丙烯酸酯接枝聚合物来解决上述问题,结合接枝聚合物分子具有长侧链的结构特点,进行分子设计,将有机氟硅结构单元“富集”于接枝聚合物的侧链中,制备一系列具UV固化功能,或具有pH响应功能,或可作为聚氨酯或环氧树脂改性剂使用的、功能不一的功能性含长氟或长硅侧链丙烯酸酯聚合物,通过多种测试表征手段研究聚合物UV固化膜性能或其作为改性剂使用的性能,具体研究内容结果如下: 以巯基乙醇作为链转移剂合成单甲基丙烯酰氧基封端有机氟大分子单体PHFBMA-MA,并将其与丙烯酸酯单体共聚合成了含长氟侧链的丙烯酸酯聚合物ACCLF;随着PHFBMA-MA含量及分子量的增大,表面能降低,接触角提高,仅含8wt%的ACCLF-1/3-8表面能低至20.68mN/m,接近纯PHFBMA的表面能,证明该大分子单体具有高效降低表面能效果;XPS测试表明与含短氟侧基聚合物相比,含长氟侧链聚合物的表面富集更多氟原子。 以巯基丙酸作为链转移剂合成单甲基丙烯酰氧基封端有机氟大分子单体PHFBMA-GMA,并将其作为反应性改性剂添加至自制UV固化功能丙烯酸酯预聚物制备改性UV涂料。随着PHFBMA-GMA含量及分子量增加,UV涂料表面能降低,长氟链能比短氟侧基更有效降低UV固化膜的表面能;XPS测试结果证实UV固化膜表面富集大量氟原子;改性UV固化膜铅笔硬度H-2H,附着力5B,热稳定性、耐化学介质性能提高,机械性能、光学透明性良好。 通过PHFBMA-GMA与其他丙烯酸酯单体共聚再通过AA结构单元接枝GMA制备水性具UV固化功能含长氟侧链丙烯酸酯接枝聚合物UVWCAC。仅需少量PHFBMA-GMA便可制备疏水表面;随着PHFBMA-GMA分子量及含量增加,表面能降低;XPS结果表明,在本体含氟量相同时,含长氟侧链的样品表面氟原子含量远高于含短氟侧基的样品;聚合物乳液稳定性良好;UV固化膜铅笔硬度2H-3H,附着力5B,热稳定性、耐化学介质性能提高,机械性能、光学透明性良好。 合成了一系列含长氟或长硅侧链具UV固化功能水性丙烯酸酯类聚合物,探索并比较单独有机氟大分子单体改性、单独有机硅大分子单体改性以及有机氟有机硅大分子单体共同改性对聚合物的性能,特别是表面性能的研究。结果表明,极低浓度的有机氟大分子单体PHFA-GMA或有机硅大分子单体SiOHMAC便可使表面具有疏水性;当两种大分子单体添加量相同时,SiOHMAC比PHFA-GMA对表面能的改性效果更好:XPS结果表明采用SiOHMAC改性的聚合物表明硅原子含量比采用PHFA-GMA改性的聚合物表面氟原子含量高;AFM图显示采用SiOHMAC改性的聚合物表面更粗糙;而在某些SiOHMAC和PHFA-GMA协同改性样品中存在有机氟硅的协同作用,表面能均低于单独用其中一种大分子单体改性。 通过PHFBMA,PEGMA和AA进行聚合合成了pH响应功能的具有长氟侧链两亲性接枝聚合物,研究了该聚合物胶束的物理化学性能。电位滴定结果表明该聚合物具有pH响应性;随pH增大,胶束粒径和临界胶束浓度(CMC)增大,zeta电位降低;与具有相同化学组成的无规共聚物相比,两亲性接枝聚合物的CMC低一个数量级,胶束粒径更大,zeta电位则无明显差别;随着PHFBMA-GMA分子量以及含量提高,CMC降低,粒径增大,zeta电位没有明显变化;胶束呈球形,毒性极低。 在前面制备和研究功能性有机氟硅丙烯酸酯聚合物工作的基础上,将采用功能性链转移剂制备大分子单体法拓展至水性UV功能聚氨酯的制备中。以硫代甘油为功能性链转移剂合成了以甲基丙烯酸六氟丁酯为结构单元的含氟大分子二醇FDO,并将其作为扩链剂制备含长氟侧链水性UV聚氨酯。极低FDO用量便可很大程度上改变材料的表面性质,随着FDO含量及分子量的增加,材料表面能降低,疏水性提高;XPS和AFM结果表明,表面氟原子富集和表面粗糙度的提高是材料表面能降低,疏水性提高的两个重要因素;改性UV固化膜铅笔硬度达2H,附着力5B,Tg没有明显变化,热稳定性得到提高。 在前面制备和研究功能性有机氟硅丙烯酸酯聚合物工作的基础上,将制备功能性丙烯酸酯梳形聚合物的方法拓展到环氧树脂体系的改性中。利用功能性链转移剂合成了梳形有机氟改性丙烯酸酯聚合物CFRM,并将其作为反应性改性剂改性环氧树脂。与具有相同化学组成的有机氟改性无规丙烯酸酯聚合物RFRM改性的环氧树脂相比,CFRM改性具有更低的表面能,更高的表面氟原子含量和更粗糙的表面,表明CFRM能更有效地提高环氧树脂的疏水性;当添加CFRM至体系含氟量达到0.05wt%(以DFHMA结构单元计算),材料表面能低至18.32mN/m,比聚四氟乙烯的18.50mN/m还低;改性后环氧树脂Tg、拉伸强度和光学透明性稍有降低,吸水率降低,硬度和热稳定性没有明显变化。