具有自聚集效应的丙烯酸酯/含氟丙烯酸酯聚合物表面性能的研究

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本文设计制备了一种丙烯酸酯/含氟丙烯酸酯聚合物,通过电荷效应和热效应的协同作用,一方面,丙烯酸酯聚合物具有较强阳离子性,基材带较多负电荷,二者形成更强的电荷效应;另一方面,含氟树脂中氟链段在加热时可自动向表面迁移。两个方面协同作用,在含氟树脂含量较低条件下,迫使含氟链段自聚集于材料表面,从而获得具有与高氟含量材料同样优异的拒水拒油等表面性能。实现了体系中大多数氟链段向表面迁移,在较低氟含量的条件下,使材料获得了优异表面性能。  合成了阳离子丙烯酸酯树脂,并与长氟碳链含氟丙烯酸酯树脂按不同比例共混,当阳离子乳化剂含量60%,内交联剂含量1.5%,外交联剂含量0.8%时,加入此丙烯酸酯树脂60%替代C8F乳液,经其处理后的基材表面依然具有拒水6级拒油9级的优异的拒水拒油性能;乳液Zeta电位的测试证明了丙烯酸酯树脂与C8F树脂的阳离子性的差异,为提高中氟链段的表面迁移聚集,获得优异的表面性能提供了理论依据。  以甲基丙烯酸全氟己基酯为原料,与其他丙烯酸酯单体共聚,引入长链丙烯酸酯单体以及交联单体,合成了环境友好型的短氟碳链含氟丙烯酸酯聚合物。考察了引发剂用量为2%、乳化剂用量4%,短氟碳链含氟丙烯酸酯用量为60%条件下,体系具有高转化率低凝胶率;当交联单体在1%时,60%的含氟单体加入可使整个体系达到较好的拒水拒油性能;同时,将甲基丙烯酸十八酯作为聚合单体,可有效提高短氟碳链向表面的迁移性,在甲基丙烯酸十八酯加入量为15%时,加入50%含量的短氟碳链含氟丙烯酸酯,体系可达到拒水6级,拒油9级;而经此含氟乳液处理过的基材表面接触角达135°(水)和107°(二碘甲烷),且接触角随聚合物乳液粒径的降低而不断提高。  将环保型短氟碳链含氟丙烯酸酯与丙烯酸酯树脂以不同比例互配,制备得到了环保型的丙烯酸酯/短氟碳链含氟丙烯酸酯共混树脂。考察了当阳离子乳化剂含量为70%时,经TⅢ处理后的基材表面可达拒水6级,拒油9级;聚合中引入阳离子单体和制备了非离子丙烯酸酯树脂,通过Zeta电位、XPS以及接触角测试,详细研究了丙烯酸酯中阳离子电荷的强弱作用对表面氟元素含量及接触角的影响;在内交联单体用量为1.5%,外交联剂含量为1.0%时,经TVI树脂处理后的基材便可达6级,拒油9级;通过扫描电镜的EDX对基材横截面的氟元素分布扫面图证实,丙烯酸酯树脂的加入,有利于整个体系的氟元素向表面的迁移,即使C6F树脂被丙烯酸酯树脂代替了60%,处理后的基材表面含氟量和全部使用C6F树脂处理结果接近。  以非离子乳化剂平平加、sp80、sp85为原料,加以聚合单体甲基丙烯酸全氟己基酯以及其他丙烯酸酯单体共聚,引入长链丙烯酸酯单体以及交联单体,合成了非离子型的环境友好型短氟碳链含氟丙烯酸酯聚合物,将聚合物与阴离子丙烯酸酯乳液进行共混互配。考察了在乳化剂含量为7%时,聚合具有较高的转化率及较低的凝胶率;甲基丙烯酸十八酯在含量为20%,C6F单体含量为60%条件下,F10配比乳液的拒油可达9级;与阴离子C6F乳液相比,非离子C6F共混乳液具有较低的吸水率,引入交联单体可进一步有效降低其吸水率;经此F10配比的C6F共混乳液处理后,材料表面接触角达130°(水)和102°(二碘甲烷),具有较低表面能。
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