核壳纳米结构水性含氟聚丙烯酸酯乳液的合成及性能

摘要

聚合物材料表面性能主要与其表面化学组成、分子链在表面的排列堆积以及分子链的末端基团等因素有关。众所周知，含氟聚合物材料具有极低的表面能、良好的拒水拒油和自清洁性、优异的耐热性能和化学稳定性等，在功能涂层、织物整理、生物医用、航空航天以及微电子等领域已得到广泛的应用。随着人们资源与环保意识的日益增强，如何在水分散体系中合成具有设计结构和性能的含氟共聚物有着重要的理论与现实意义，由于含氟单体价格高昂，性能独特，人们希望在满足性能要求的同时，尽量减少氟单体的用量。 本论文的主要研究内容和结论如下： 1.以四氢呋喃为溶剂，全氟辛酸与甲基丙烯酸缩水甘油酯作用得到全氟辛酸2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙酯，并用红外光谱、质谱、13C-NMR谱等对其化学结构进行了表征。 2.以过硫酸胺(APS)和亚硫酸氢钠(SHS)作为氧化-还原引发体系，十二烷基硫酸钠(SDS)和壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10)的混合物为复合乳化剂，采用三阶段预乳化种子半连续乳液聚合工艺，制得了以丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯共聚物为核，丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异冰片酯和全氟辛酸2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙酯共聚物为壳的核壳型含氟聚丙烯酸酯乳液。并对含氟乳液的性质、核壳粒子结构以及乳胶膜的性能进行了研究。 3.考察了乳液的稳定性，研究了各个组分用量对乳液聚合的影响；并且通过FTIR、1H-NMR、TEM、DSC、GPC、激光粒度测定等方法对共聚物化学结构和纳米核壳结构进行了表征；通过ATR-FTIR、AFM、TGA、XPS、吸水率、耐溶剂性、接触角等指数研究了乳胶膜的性质。研究表明：氟元素在薄膜表面富集，且从表面至薄膜内部呈梯度分布。随着氟含量的增加，水接触角逐渐增大，表面能降低。当氟含量为7.7wt％时，表面能为15.5mJ/m2，低于聚四氟乙烯的表面能22 mJ/m2，通过加入少量氟单体就可以大幅度降低材料表面能，提高了材料的疏水疏油性，实现了分子设计的目的。 4.甲基丙烯酸与草酰氯室温下反应3h得到甲基丙烯酰氯，三乙胺催化下，将甲基丙烯酰氯与乙醇胺0℃反应5h，室温反应20h得到羟乙基甲基丙烯酰胺。全氟辛酸经酰氯化，再与羟乙基甲基丙烯酰胺在室温下反应46h，成功制得全氟辛酸甲基丙烯酰胺基乙酯，并用红外光谱、质谱、13C-NMR谱等对产物的化学结构进行了表征。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 乳液聚合

1.1.1乳液聚合定义

1.1.2乳液聚合特点

1.1.3乳液聚合分类

1.2水性含氟丙烯酸酯聚合物

1.2.1氟与含氟聚合物

1.2.2水性含氟丙烯酸酯聚合物的合成与性能

1.2.3水性含氟丙烯酸酯聚合物的应用

1.3水性含氟聚合物涂料

1.3.1水性含氟聚合物涂料的配方

1.3.2水性含氟聚合物涂料的应用

1.4本文研究的目的和意义

1.5本文研究主要内容

2 全氟辛酸2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙酯的合成与表征

2.1实验药品及仪器

2.1.1 实验药品

2.1.2实验仪器

2.2实验操作

2.3结构表征

2.4结果与讨论

2.4.1 全氟辛酸2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙酯的FTIR分析

2.4.2全氟辛酸2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙酯的13C-NMR分析

2.4.3全氟辛酸2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙酯的质谱分析

2.5 小结

3 核壳型含氟聚丙烯酸酯乳液的合成与性能

3.1实验药品及仪器

3.1.1 实验药品

3.1.2 实验仪器

3.2实验操作

3.2.1工艺流程

3.2.2合成方法

3.3结构表征

3.3.1乳液性能表征

3.3.2核-壳粒子结构表征

3.3.3乳胶膜性能表征

3.4结果与讨论

3.4.1 核-壳乳液性能的影响因素

3.4.2核-壳型含氟丙烯酸树脂及乳液的化学结构

3.4.3 氟含量与乳胶膜性能

3.5本章小结

4 全氟辛酸甲基丙烯酰胺基乙酯的合成与表征

4.1 实验药品及仪器

4.1.1 实验药品

4.1.2实验仪器

4.2实验操作

4.2.1 甲基丙烯酰氯的制备

4.2.2羟乙基甲基丙烯酰胺的制备

4.2.3全氟辛酰氯的制备

4.2.4全氟辛酸甲基丙烯酰胺基乙酯的制备

4.3反应条件的摸索

4.4结构表征

4.5结果与讨论

4.5.1 反应时间对羟乙基甲基丙烯酰氯产率的影响

4.5.2三乙胺的加入量对羟乙基甲基丙烯酰胺产率的影响

4.5.3低温（0℃）反应时间对羟乙基甲基丙烯酰胺产率的影响

4.5.4反应温度对羟乙基甲基丙烯酰胺产率的影响

4.5.5滴加时间对全氟辛酸甲基丙烯酰胺基乙酯产率的影响

4.5.6羟乙基甲基丙烯酰胺的化学结构分析

4.5.7全氟辛酰氯的FTIR分析

4.5.8全氟辛酸甲基丙烯酰胺基乙酯的化学结构分析

4.6小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢