有机氟树脂制备超疏水自清洁氟碳涂料的研究

【摘要】：1.在阴/非离子乳化剂作用下，将甲基丙烯酸十二氟庚酯（DFMA）与丙烯酸月桂酯（LA）、甲基丙烯酸羟丙酯（HPMA）及γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MPMS）在水相进行乳液共聚，合成了一种含氟聚丙烯酸酯（DLHM）乳液。用红外光谱（IR）、核磁共振氢谱(1H-NMR)和透射电镜（TEM）对DLHM的结构及乳液乳胶粒粒径形貌进行了表征和测定。再将DLHM乳液与丙烯酸树脂（PA）、纳米TiO_2共混制备成氟碳涂层，考察固化温度、乳液用量和纳米TiO_2用量对涂层性能的影响，并用扫描电镜测定了涂层表面微观结构。结果表明： （1）DLHM为乳白色略带蓝色荧光乳液，有较好的稳定性，乳液固含量为26.8%，黏度为0.005Pa·s。乳液带负电，平均ζ电位为-24.09mV，平均粒径为131nm。 （2）用透射电镜（TEM）对稀释的DLHM乳液进行观察分析，发现DLHM乳胶粒呈规则球状，大部分胶粒表面光滑，部分少量粒子因MPMS水解而使得胶粒表面出现团聚现象。 （3）制备得到的氟碳涂料，其涂层最佳条件为：固化温度为160℃，DLHM用量为45g，纳米TiO_2用量为9g，此时的涂层表面平整光滑，耐水性、耐酸碱性、耐沾污性等都达到最佳，且此时接触角为133°。 （4）通过扫描电镜（SEM）观察氟碳涂层，发现微观条件下其表面由不规则的微孔和纳米乳突组成，有一定的微/纳米二元粗糙结构。 2.在阴/非离子表面活性剂及过硫酸铵引发剂作用下，通过半连续种子乳液共聚，制备了以丙烯酸丁酯（BA）、苯乙烯（ST）、丙烯酸月桂酯（LA）为核，以甲基丙烯酸十二氟庚酯（DFMA）为壳的核壳型含氟聚丙烯酸酯（BSL-D）乳液，将其与纳米TiO_2共混制备得到超疏水自清洁型氟碳涂料。用红外光谱（IR）、透射电镜（TEM）对其结构进行了表征，考察了纳米TiO_2、BSL-D乳液用量和热处理温度对涂层疏水性能的影响，并研究了涂层的表面形貌及自清洁能力。结果表明： （1）BSL-D乳胶粒子呈球状、大小相对均匀，对比DLHK乳液发现其具有明显的核壳结构，且核层显示白色为丙烯酸树脂，壳层显示浅灰色为丙烯酸与有机氟的共聚物。 （2）当BSL-D乳液用量为55%，纳米TiO_2用量为12%，固化温度为170℃，固化时间为5min条件下，涂层各项应用性能都较佳，此时涂层静态水接触角为152°，吸水率为4.23%，自清洁性能及疏水效果最佳。 （3）通过SEM在微观条件下观察发现涂层表面覆有一层有机氟薄膜，且含有明显的微/纳米二元粗糙结构，并通过对比不含纳米TiO_2的涂层与不含BSL-D乳液的涂层，发现其接触角具有明显优势，涂层自清洁能力显著。 3.以过硫酸铵为引发剂，将丙烯酸丁酯（BA）、苯乙烯（St）、丙烯酸（AA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）与甲基丙烯酸十二氟庚酯（DFMA）通过无皂乳液聚合法合成了含氟苯丙无皂乳液，并将其与纳米TiO_2制备成氟碳涂料。考察了丙烯酸钠、APS、DFMA用量和反应温度对乳液性能的影响，通过IR、TEM表征了乳液主组分结构和乳胶粒形貌。并研究了乳液及纳米TiO_2用量对氟碳涂层性能的影响。结果表明： （1）当丙烯酸钠用量为12%，APS用量为1%，反应温度为78℃时，乳液性能最佳，此时凝胶率为0.8%，耐水性大于168h，单体转化率为97.1%，乳液外观为乳白色带蓝色荧光。当DFMA用量为25%时，涂膜疏水性最佳，水接触角达到113°，吸水率为6.4%。 （2）通过TEM观察乳液粒子的形貌发现乳胶粒呈球状，大小相对均匀，部分粒子有团聚现象，乳胶粒外部有少量有机氟链段，出现了核壳结构。 （3）在乳液用量为55%，纳米TiO_2用量为12%条件下，氟碳涂层耐水性、耐酸碱性、耐沾污性、耐洗刷性、附着力等各项应用性能较佳，接触角达到142°。 【关键词】：有机氟树脂 超疏水 自清洁 氟碳涂料
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ637
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 符号说明10-14
• 1 文献综述14-28
• 1.1 引言14
• 1.2 氟碳涂料14-17
• 1.2.1 氟碳涂料性能14-15
• 1.2.2 国内外氟碳涂料的发展现状15-17
• 1.3 水性氟碳涂料17-20
• 1.3.1 水性氟碳涂料的制备17-19
• 1.3.2 水性氟碳涂料的应用19-20
• 1.4 基于超疏水原理的自清洁表面20-26
• 1.4.1 超疏水型自清洁表面的基本理论21-25
• 1.4.2 超疏水自清洁表面制备方法25-26
• 1.5 课题来源及主要研究内容26-28
• 2 含氟丙烯酸酯（ DLHM）乳液的制备及应用28-41
• 2.1 实验部分28-31
• 2.1.1 原材料与测试仪器28-29
• 2.1.2 含氟丙烯酸酯（ DLHM）乳液的制备29-30
• 2.1.3 DLHM 乳液主组分结构表征30
• 2.1.4 DLHM 乳液粒子粒径及形貌测试30
• 2.1.5 DLHM 乳液在涂料中的应用30-31
• 2.2 结果与讨论31-40
• 2.2.1 主组分 DLHM 结构表征31-33
• 2.2.2 乳液粒径分布及乳胶粒粒子形态33-35
• 2.2.3 DLHM 乳液于氟碳涂料中的应用性能35-38
• 2.2.4 氟碳涂层表面形貌研究38-40
• 2.3 小结40-41
• 3. 核壳型含氟聚丙烯酸酯乳液的制备及超疏水自清洁涂层的应用41-55
• 3.1 实验部分41-44
• 3.1.1 原材料与测试仪器41-42
• 3.1.2 核壳型含氟聚丙烯酸酯（ BSL-D）乳液的制备42-43
• 3.1.3 BSL-D 乳液主组分结构及乳胶粒形貌表征43
• 3.1.4 BSL-D 乳液在涂料中的应用43-44
• 3.2 结果与讨论44-53
• 3.2.1 BSL-D 主组分结构表征44-45
• 3.2.2 乳胶粒粒径与形貌分析45-46
• 3.2.3 BSL-D 乳液于氟碳涂料中的应用性能46-53
• 3.3 小结53-55
• 4 含氟苯丙无皂乳液的制备及其于涂料中的应用55-66
• 4.1 实验部分55-58
• 4.1.1 原材料与测试仪器55-56
• 4.1.2 含氟苯丙无皂乳液的制备56-57
• 4.1.3 无皂乳液主组分结构及乳液形貌表征57
• 4.1.4 含氟苯丙无皂乳液在氟碳涂料中的应用57-58
• 4.2 结果与讨论58-65
• 4.2.1 丙烯酸钠用量对乳液性能的影响58-59
• 4.2.2 APS 用量的影响59-60
• 4.2.3 反应温度对乳液性能的影响60
• 4.2.4 DFMA 用量对涂膜性能的影响60-61
• 4.2.5 乳液主组分结构分析61-62
• 4.2.6 含氟苯丙无皂乳液乳胶粒粒子形貌分析62-63
• 4.2.7 含氟苯丙无皂乳液涂膜性能研究63-64
• 4.2.8 无皂乳液对氟碳涂层性能的影响64-65
• 4.3 结论65-66
• 5 结论66-68
• 5.1 含氟丙烯酸酯（ DLHM）乳液的制备及应用66
• 5.2 核壳型含氟聚丙烯酸酯乳液的制备及超疏水自清洁涂层的应用66-67
• 5.3 含氟苯丙无皂乳液的制备及其于涂料中的应用67
• 5.4 本课题创新点67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-75
• 攻读学位期间发表的学术论文目录75-76

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