含全氟聚醚共聚物构筑的防污涂层

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仿生疏水抗污涂料有极大的应用价值,但是目前对于该涂料的制备仍然存在着许多的技术瓶颈,难点主要集中在耐磨性和透明性。为了制备得到性能更好的疏水抗污表面,本文采用全氟聚醚(PFPE)提供低表面能,利用异丙氧基硅基,环氧基和基材表面发生反应制备抗污涂层。  本文首先研究了含全氟聚醚链段的二元无规共聚物构筑的防污涂层的性能。制备该无规共聚物的方法如下:以全氟聚醚醇(PFPE-OH)和丙烯酰氯反应制备全氟聚醚丙烯酸酯(PFPE-OOC-CH=CH2)。以PFPE-OOC-CH=CH2和3-[三(1-甲基乙氧基)硅基]丙基甲基丙烯酸酯(IPSMA)为单体,通过自由基聚合制备得到二元无规共聚物PFPEm-r-IPSMAn。改变单体投料比制备得到不同链段比的无规共聚物PFPEm-r-IPSMAn,联合核磁共振(1H NMR)光谱表征了其结构,并对其构筑的涂层进行疏水性、透明性和耐磨性研究。结果表明:采用无规共聚物PFPEm-r-IPSMAn构筑的防污涂层的水接触角可以达到100°,并且具有优异的透明性,但是耐磨性较差。提高PFPEm-r-IPSMAn分子中IPSMA链段的比例,不能提高耐磨性能。  然后研究了含全氟聚醚链段的二元嵌段共聚物构筑的疏水抗污涂层的性能。本文保持PFPE链长不变,制备了不同IPSMA链节数的二元嵌段共聚物P1 (PFPE13-b-IPSMA11)和P2(PFPE13-b-IPSMA4)。制备该嵌段共聚物的方法如下:以全氟聚醚醇(PFPE-OH)和2-溴异丁酰溴制备大分子引发剂PFPE-Br,以3-[三(1-甲基乙氧基)硅基]丙基甲基丙烯酸酯(IPSMA)为单体,通过原子转移自由基聚合(ATRP)制备两种二元嵌段共聚物P1和P2,联合核磁共振(1H NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)和红外光谱(FTIR)表征了其结构,并对其构筑的疏水抗污涂层进行疏水性和耐磨性研究。同时研究了稀释剂种类、样品浓度对涂层性能的影响。研究结果表明:P1和P2涂层均具有较好的疏水性、透明性,其中P2构筑的涂层具有更好的耐磨性。当稀释剂为三氟甲苯,HCl浓度为1.20×10-2M,PFPE13-b-IPSMA4浓度大于0.8 mg/mL,构筑的涂层疏水性能比较理想,水接触角达到105°,并且具有较好的耐磨性。  最后以甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为单体,PFPE-Br为大分子引发剂采用原子转移自由基聚合制备嵌段共聚物P3 (PFPE13-b-GMA3)。利用P2和P3在棉布表面构筑疏水抗污涂层,并对该涂层的疏水性、耐磨性、耐酸碱性,耐超声性能,耐洗涤性能进行研究。研究结果表明:采用P2和P3构筑的棉布基疏水抗污涂层均能够达到超疏水;采用PFPE13-b-GMA3构筑的抗污棉布涂层具有较好稳定性;而采用PFPE13-b-IPSMA4构筑的抗污棉布的稳定性则较差。
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