基于单电子转移反应的聚硅氧烷侧链氟烷化及性能研究

摘要

本文利用单电子转移反应（Single Electron Transfer）将聚硅氧烷侧基上不同形式的碳碳双键（C=C）氟烷基化，结合还原反应、消除反应等合成了系列含不同桥基的侧链氟烷基聚硅氧烷。采用匀胶机旋涂成膜法制备了含氟聚硅氧烷薄膜，通过 X射线光电子能谱（XPS）和表面接触角测试了含氟烷基聚硅氧烷薄膜的表面张力和化学组成，利用原子力显微镜（AFM）观察了薄膜的表面形貌。系统研究了不同桥基的侧链氟烷基聚硅氧烷的结构性能关系。
　　首先，以乙烯基甲基二氯硅烷和甲基三氯硅烷为主要原料，经水解缩合法制得乙烯基聚硅氧烷，利用连二亚硫酸钠成功引发了全氟碘烷与乙烯基聚硅氧烷的单电子转移反应，合成得到了碘代氟烷基聚硅氧烷，氟烷基化反应条件温和，产率高；碘代氟烷基聚硅氧烷再经还原反应和消除反应可制得碳碳桥基的含氟烷基聚硅氧烷。产物旋涂成膜后，测定了薄膜的表面化学元素组成和表面张力，并观察了薄膜的表面形貌。结果表明，当平均氟含量相同时，桥基为亚乙基时有利于提高含氟聚硅氧烷薄膜的表面氟元素含量，且高温焙烘时亚乙基桥基更易诱导氟烷基侧链定向，得到的薄膜表面能更低，拒水效果更好。
　　其次，以甲基三氯硅烷和环戊二烯基钠为主要原料，经取代、水解缩合反应制得环戊二烯基聚硅氧烷。将产物环氧化制得环氧改性硅油，并与氨基硅油复配应用于织物整理。结果表明，含环戊基的环氧改性硅油与氨基硅油复配整理织物弹性和柔软性好，复配应用可以有效抑制氨基硅油的黄变性，耐洗性改善。利用全氟碘烷与侧基环戊二烯基结构中的C=C发生单电子转移反应成功实现了环戊二烯基聚硅氧烷的侧基氟烷基化，并经还原制得环戊烯基为桥基的含氟烷基聚硅氧烷。研究了环戊二烯基聚硅氧烷氟烷基化前后的表面性能变化，得出环戊二烯基聚硅氧烷的表面能为2.57×10-2N/m，氟烷基化后表面能降低为2.14×10-2N/m。发现环戊二烯基聚硅氧烷氟烷基化后膜表面形成均匀“凸起”，表面粗糙度增加了34％。
　　最后，将八乙烯基笼型倍半硅氧烷接入聚硅氧烷侧链，制得乙烯基笼型倍半硅氧烷改性聚硅氧烷，将笼型侧基上的多乙烯基经单电子转移反应氟烷基化，再经还原反应制得笼型桥基含氟聚硅氧烷。产物旋涂成膜后，表面形成许多“尖峰”，粗糙度增加，拒水性能好。乙烯基笼型桥基的引入提供了多个单电子转移反应点，且提高了聚硅氧烷的耐热性能。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 引 言

1.1有机聚硅氧烷概述

1.2含氟聚硅氧烷性能介绍

1.3含氟烷基聚硅氧烷的制备方法

1.4含氟烷基聚硅氧烷在拒水拒油中的应用

1.5论文立题依据与研究意义

1.6本论文研究工作

第二章 实验材料、仪器及测试方法

2.1材料、试剂和仪器

2.2测试方法

第三章 含链烃桥基的氟烷基聚硅氧烷与表面性能

3.1含链烃桥基的氟烷基聚硅氧烷的制备

3.2氟烷基聚硅氧烷薄膜的制备

3.3结果与讨论

3.4小结

第四章 环戊二烯基聚硅氧烷衍生化及织物整理

4.1环戊二烯基聚硅氧烷衍生物制备

4.2聚硅氧烷薄膜的制备

4.3整理工作液配制

4.4整理工艺

4.5 环氧值的测定

4.6 黏度的测定

4.7结果与讨论

4.8小结

第五章 笼型桥基多氟烷基聚硅氧烷合成及性能研究

5.1笼型桥基多氟烷基聚硅氧烷的制备

5.2 薄膜的制备

5.3结果与讨论

5.4小结

第六章 结 论

参考文献

攻读学位期间公开发表的论文和申请专利

致谢