一种UV抗污材料的合成与应用性能探究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nvli2010
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涂料作为一种涂覆在物体表面并在表面形成连续固态薄膜的材料,其形成和发展已经有几千年的历史。但是随着科学技术的进步和人们生活水平的提高,对涂料性能的要求也日趋严格。如今3C电子产品等行业兴起,但是随之而来的是这些产品表面带来的污染问题。由于指纹等污渍附着在产品表面影响观感和使用,清除比较困难而且需要很大的成本,所以抗污材料在20年前成为热门话题。目前为止合成抗指纹材料的方法一共分为三类。第一类是通过调整表面化学成分和结构来实现超疏性,这类方法虽然可以获得极高的接触角以及极低的滑动角,但是其缺点是制作工艺繁琐、表面容易被破坏、粗糙度导致光学透过率降低。第二类是光滑液体注入多孔表面(SLIPS),此类方法使涂层表面具有极低的滑动角和摩擦系数,而且压力稳定性和光学透明性好,但是这种润滑剂容易蒸发或者流动损失限制了其应用。第三种方法是用于去湿的接枝润滑成分的纳米池(NP-GLIDE)。这种方法制得的涂层具备一定的自我修复能力,光学透过率高且摩擦系数低,但是选用的长的氟化链对环境有害且价格昂贵。使用接枝润滑成分的纳米池这种方法获得的涂层性能优异,也是目前用于3C电子产品上的涂料主要使用的一种方法。但是研究不够细致,持久抗污性能还需要进一步提高。于是设计了以丙烯酸树脂作为主链,侧链接枝低表面能部分的方法。其中异氰酸酯丙烯酸乙酯一方面可以使主链通过共价键的方式与低表面能部分结合,另一方面可以与丙烯酸羟乙酯反应引入不饱和双键从而实现光固化。通过研究不同主链分子量、不同氟醇/硅醇含量、不同双键含量对抗污性能的影响得到具有优异抗污性能的树脂。得到的主要结论如下:(1)合成数均分子量为6000-18000的丙烯酸酯共聚物上接枝60wt%的硅醇,主链分子量为6000左右时,抗污性能较好。其中水接触角最高103.3°,油酸接触角最高52.57°,耐涂鸦次数最高可达71次,摩擦系数最低可达0.084。(2)丙烯酸酯共聚物数均分子量为10000左右,接枝10wt%-60wt%硅醇,硅醇含量为60wt%时,抗污性能较好。水接触角最高为102.9°,油酸接触角最高为51.4°,耐涂鸦次数最高为34次,摩擦系数最低为0.156。(3)控制丙烯酸酯共聚物数均分子量在7000左右,硅醇含量为60wt%,接枝双键含量范围在4.56wt%-27.33wt%。双键含量达到27.33wt%时,抗污性能较好。水接触角最高104.2°,油酸接触角最高49.6°,耐涂鸦次数最高可达99次,摩擦系数最低为0.112。(4)合成数均分子量为3500-15000的丙烯酸酯共聚物上接枝20wt%全氟辛醇,主链分子量为15000左右时,水接触角最大为104.09°,油酸接触角为62.6°。主链分子量为3500左右时,摩擦系数最低为0.500。丙烯酸树脂上接枝全氟辛醇耐涂鸦次数为0次。(5)数均分子量为10000左右的丙烯酸酯共聚物上接枝5wt%-25wt%氟醇,全氟辛醇含量为25wt%时,水接触角最高可达103.95°,油酸接触角最高为67.10°,摩擦系数最低为0.451,耐涂鸦次数0次。(6)控制丙烯酸酯共聚物数均分子量为8000左右,氟醇含量为20wt%,接枝双键含量在0.2wt%-20.40wt%之间取五个点。双键含量变化时,水接触角基本维持在103.84°,双键含量为5wt%时,油酸接触角最高为62.77°。摩擦系数基本维持在0.502。耐涂鸦次数为0次。(7)选择数均分子量为8000左右的丙烯酸酯共聚物,控制硅醇含量为60wt%,全氟辛醇含量为5wt%-20wt%。全氟辛醇含量为20wt%时,水接触角最高为106.33°,油酸接触角最高为53.54°。全氟辛醇含量为0.2wt%时,耐涂鸦次数最高为55次,摩擦系数最低为0.193。设计合成了可UV固化的抗污功能性丙烯酸树脂,通过异氰酸酯丙烯酸乙酯巧妙地将可光固化双键与低表面能部分接枝到树脂侧链上,得到的涂料具有良好的抗污性能、优异的光学透过率、较低的摩擦系数以及较舒适的手感。通过研究不同丙烯酸酯共聚物的分子量、不同低表面部分含量以及不同双键含量研究这些因素对抗污性能的影响。发现对于接枝硅醇的树脂,降低分子量可以提高抗污性能,而且硅醇相较于全氟辛醇具有更好的抗污性能。
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