可聚合性乳化剂氟丙乳液的合成及自分层功能梯度涂层材料的研究

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由于含氟丙烯酸酯聚合物的表面能比丙烯酸酯聚合物低,通过控制成膜条件,含氟丙烯酸酯聚合物共混乳液在成膜时会发生自组织现象(如自分层),可以使膜的一侧表面具有含氟聚合物的自洁及高耐候性等优点,而另一侧表面具有聚丙烯酸酯的优良粘接性,从而获得性价比较高的含氟丙烯酸酯聚合物自组织梯度材料。   以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)为主要单体,甲基丙烯酸六氟丁酯(HFMA)为功能性含氟单体,采用预乳化种子乳液聚合方法合成了核壳型含氟丙烯酸酯无皂乳液。讨论了核壳单体质量比、乳液配方用量以及聚合工艺等对乳液合成的影响;利用傅里叶红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)、热重分析仪(TG)、差示扫描量热仪(DSC)、X-射线光电子能谱仪(XPS)、接触角测试仪等对氟丙乳液及其涂膜进行了测试与表征。研究结果表明:当核壳单体质量比3:2,氟单体质量分数为8%,可聚合性乳化剂的质量分数为2.2%,引发剂质量分数为1.0%,所制备的含氟丙烯酸酯无皂乳液和涂膜综合性能较优,单体转化率96.4%,乳胶粒平均粒径158 nm,且具有明显的核壳结构;乳液成膜后,氟元素富集在膜.空气界面,涂膜.空气界面对水接触角94.1°,涂膜热分解温度348℃,与无氟丙烯酸酯乳胶膜相比,氟丙乳胶膜的疏水性和耐热性明显提高。   合成了2种均聚物乳液:甲基丙烯酸六氟丁酯(HFMA)及丙烯酸六氟丁酯(HFA)。考察了PHFMA均聚物乳液配方组成和工艺条件对聚合过程的影响。结果表明:以OP-10+SDS+S100(mOP-10:mSDS: ms100-1.5:0.83:1)为复配乳化剂,采取一次投料工艺法,当复合乳化剂和引发剂的用量分别为单体总用量的4.8%和1.6%,得到了固含量17%、单体转化率93.2%的稳定PHFMA均聚物乳液,贮存期达6个月以上。   将合成的含氟单体均聚物乳液与纯丙乳液进行物理共混,讨论了两种共混乳液体系的成膜情况,选取PHFMA/P1(BA-MMA)共混乳液体系来研究其涂膜的自分层机理;考察了热处理温度和时间以及成膜基材对共混乳液涂膜中氟元素分布的影响;利用FT-IR、DSC和TG等对HFMA均聚物乳液涂膜进行了表征,并采用CA和扫描电子显微镜和能谱分析(SEM-EDAX)对共混乳液涂膜进行测试与表征。   结果表明:在90℃热处理温度条件促进了共混膜PHFMA/P1(BA-MMA)(1:1)中的含氟聚合物链向空气表面迁移而富集,涂膜-空气界面与水的接触角达到98°,计算得到涂膜-空气界面的表面能为22.96 mN/m;共混涂膜PHFMA/P1(BA-MMA)(3:5)经退火处理后,氟元素含量从空气-涂膜界面至基材-涂膜界面的切面呈梯度分布,形成了具有梯度分布的自分层涂层。
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