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本文系统总结了含氟聚合物的结构与特性、以及国内外的研究状况。简要总结了含氟丙烯酸酯单体的分类、合成路线及工业生产情况,详细阐述了含氟丙烯酸酯均聚物、共聚物和聚合物乳液的制备,表面性能的研究近况、研究方法以及应用领域,简要总结了防粘剂的定义、种类及影响防粘性能的因素。
通过直接酯化法合成了全氟烷基乙基丙烯酸酯含氟单体和丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸羟乙酯非氟单体,再经溶液聚合法合成了含氟丙烯酸酯共聚物溶液。研究了引发剂的种类和加料方式、溶剂、温度、反应时间等因数对聚合转化率的影响,通过实验确定制备共聚物的最佳条件,并采用FT-IR、<1>H-NMR和DSC等测试方法分析了共聚物结构。通过研究表明最佳条件为:以MIBK为溶剂,升温至75℃,待单体全部溶解后,滴加AIBN引发剂的溶剂溶液(占总单体质量的1.0%,采用非连续的滴加方式),反应6.5h后,升温至80℃反应2h,可得到均匀的含氟丙烯酸酯共聚物溶液,单体的转化率可达93%。
分别采用同时加入和延时加入含氟单体的方法制备了含氟丙烯酸酯共聚物防粘剂溶液,探索了各单体的配比对共聚物的结构与性能的影响,通过测定含氟丙烯酸酯共聚物膜与水和二碘甲烷在表面上的接触角,推导出其共聚物膜的表面能,研究了含氟单体的含量对共聚物膜表面性能的影响,并利用合成的含氟丙烯酸酯共聚物溶液制备出防粘剂样品,研究共聚物中含氟单体含量对共聚物膜的防粘性能影响。结果表明:在反应进行4h时加入含氟单体,此时制得的含氟丙烯酸酯防粘剂的表面能最小;在含氟单体含量为20%(占总单体质量),制得的含氟丙烯酸酯防粘膜与水的接触角可达到106°,含氟单体的添加明显改善了共聚物膜的硬度、耐水、耐碱、耐溶剂性能,制得的含氟丙烯酸酯共聚物膜的吸水率比不含氟丙烯酸酯共聚物膜减小了50%;在含氟单体含量为20%~30%时,含氟丙烯酸酯共聚物防粘膜与标准压敏胶带的180°剥离力较低和剩余粘附率较高,此时防粘性能较好。
为了降低含氟单体的用量,从而降低成本,制备了含氟、硅丙烯酸酯共聚物防粘剂溶液,并采用FT-IR和DSC等测试方法分析了共聚物结构。研究了有机硅单体的加入方式、含量对含氟、硅丙烯酸酯共聚物表面能的影响,氟、硅单体含量对防粘膜的表面性能、防粘性能的影响。结果表明:在反应初期加入5%~8%的有机硅单体(KH-570),含氟单体含量为20%(占总单体质量)时,制得的含氟、硅丙烯酸酯共聚物防粘膜与水的接触角可达到113.6°,相当于不加有机硅单体,含氟单体含量为30%的含氟丙烯酸酯防粘膜与水的接触角,有机硅单体与含氟单体具有较好的协同作用,有机硅改性含氟丙烯酸酯共聚物的性能,在含氟丙烯酸酯共聚物优越性能的基础上又得到了提高,降低了含氟单体的含量,同时改善了涂膜的硬度、耐水、耐碱、耐溶剂等性能;含氟单体含量为10%~20%时,有机硅单体含量为5%~8%时,制得的含氟、硅丙烯酸酯共聚物防粘膜与标准压敏胶带具有较低的180。剥离力和较高的剩余粘附率,此时防粘性能较好。