原子转移自由基聚合法合成低表面能嵌段共聚物

论文摘要

生物污损给人们带来了巨大的经济损失,防止海洋生物污损具有重要的现实意义。最简单,最有效的海洋防污方法当属海洋防污涂料技术,其中,防污效果最好,防污寿命最长的当属有机锡自抛光海洋防污涂料（TBT）。但是TBT对海洋环境造成了巨大的影响而逐渐被国际海事组织所禁用,正因为如此,国际上无毒环保型海洋防污涂层的研究日益热门起来。其中,低表面能无毒防污涂层由于其特殊的性能以及优异的环保性能而倍受人们关注。低表面能高分子涂层构造、降低成本与提高性价比研究是当前的重点。可用于制备低表面能防污涂料的树脂主要有氟碳树脂,有机硅树脂以及氟硅树脂三大类。其中,氟碳涂料和有机硅涂料都有工业化产品问世,但是,两者的性价比都很难令人满意。氟硅涂料并没有工业化产品出现,但是其性能更加优异,价格也比氟碳涂料低,因此,发展氟硅涂料具有更好的应用前景。在过去的文献报道中,氟硅低表面能聚合物一般由两种方法制备,一种方法是将聚硅氧烷氟化,另一种方法是将含有氟的乙烯基单体和含有硅氧烷成分的乙烯基单体进行共聚;通过这两种方法得到的聚合物存在一定的缺欠,比如结构不明确、分子量较低、表面能较高等等。本论文采用新型的合成方法,通过聚二甲基硅氧烷大分子引发剂直接引发含氟丙烯酸酯类单体的原子转移自由基聚合,得到了结构明确、分子量较高和较低表面能的新型氟硅嵌段共聚物;最终,我们合成了表面能很低的新型氟硅共聚物聚二甲基硅氧烷-b-聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚七氟丁基甲基丙烯酸酯（PDMS-b-PMMA-b-PHFB-MA）,其表面能可低至3.03 mN/m。其中,PMMA嵌段的加入不仅降低了含氟单体的使用量而且还降低了聚合物的表面能,我们认为三嵌段共聚物的微相分离是产生这一现象的重要原因,微相分离使得低表面能成分更容易迁移到聚合物表面,从而产生了更低表面能。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 海洋防污涂料的研究进展
• 1.1.1 传统型海洋防污涂料
• 1.1.2.环境友好型海洋防污涂料
• 1.1.2.1.仿生涂料及天然防污剂
• 1.1.2.2.低表面能防污涂料
• 1.1.2.3.不含有机锡的自抛光海洋防污涂料
• 1.1.2.4.可溶性硅酸盐为防污剂的海洋防污涂料
• 1.1.2.5.导电涂料
• 1.2 低表面能聚合物合成方法简介
• 1.2.1 基团转移聚合
• 1.2.2 阳离子聚合
• 1.2.3 阴离子聚合
• 1.2.4 自由基聚合
• 1.2.4.1 常规自由基聚合
• 1.2.4.2 可控自由基聚合
• 1.2.5 活性官能团间的反应
• 1.3 本论文的研究基础和主要内容
• 本章主要参考文献
• 第二章 聚二甲基硅氧烷大分子引发剂的制备
• 2.1 实验原理
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与处理
• 2.2.2 仪器与测试
• 2.2.3 聚二甲基硅氧烷大分子引发剂的合成与表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.4 本章小结
• 本章主要参考文献
• 第三章 原子转移自由基聚合催化体系的选择与制备
• 3.1 实验原理
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与处理
• 3.2.2 仪器与测试
• 3.2.3 N-（n-丙基）-2-吡啶甲亚胺配体的合成与表征
• 3.2.4 Cu（Ⅰ）Br的纯化与保存
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 本章主要参考文献
• 第四章 有机硅低表面能聚合物的制备和表征
• 4.1 实验原理
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 聚二甲基硅氧烷-b-聚甲基丙烯酸乙酯（PDMS-b-PEMA）的合成
• 4.2.1.1 试剂与处理
• 4.2.1.2 仪器与测试
• 4.2.1.3 PDMS-b-PEMA共聚物的合成与表征
• 4.2.2 聚二甲基硅氧烷-b-聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚甲基丙烯酸丁酯（PDMS-b-PMMA-b-PBMA）的合成
• 4.2.2.1 试剂与处理
• 4.2.2.2 仪器与测试
• 4.2.2.3 PDMS-b-PMMA-b-PBMA三嵌段共聚物的合成与表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 PDMS-b-PEMA两嵌段共聚物的制备
• 4.3.1.1 PDMS-b-PEMA两嵌段共聚物的分子结构表征
• 4.3.1.2 甲基丙烯酸乙酯单体的聚合动力学研究
• 4.3.1.3 PDMS-b-PEMA共聚物分子量分布
• 4.3.1.4 PDMS-b-PEMA共聚物热行为
• 4.3.1.5 PDMS-b-PEMA共聚物微观结构
• 4.3.1.6 PDMS-b-PEMA共聚物表面能测量
• 4.3.2 PDMS-b-PMMA-b-PBMA三嵌段共聚物的制备
• 4.3.2.1 PDMS-b-PMMA-b-PBMA共聚物的分子结构表征
• 4.3.2.2 BMA单体的聚合动力学研究
• 4.3.2.3 PDMS-b-PMMA-b-PBMA共聚物分子量分布
• 4.3.2.4 PDMS-b-PMMA-b-PBMA共聚物表面能测量
• 4.4 本章小结
• 本章主要参考文献
• 第五章 氟硅低表面能嵌段共聚物的制备和表征
• 5.1 实验原理
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 聚二甲基硅氧烷-b-聚七氟丁基甲基丙烯酸酯两嵌段共聚物（PDMS-b-PHFBMA）的合成
• 5.2.1.1 试剂与处理
• 5.2.1.2 仪器与测试
• 5.2.1.3 PDMS-b-PHFBMA共聚物的合成与表征
• 5.2.2 聚二甲基硅氧烷-b-聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚七氟丁基甲基丙烯酸酯（PDMS-b-PMMA-b-PHFBMA）的合成
• 5.2.2.1 试剂与处理
• 5.2.2.2 仪器与测试
• 5.2.2.3 PDMS-b-PMMA-b-PHFBMA三嵌段共聚物的合成与表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 PDMS-b-PHFBMA两嵌段共聚物的制备
• 5.3.1.1 PDMS-b-PHFBMA两嵌段共聚物的分子结构表征
• 5.3.1.2 七氟丁基甲基丙烯酸酯单体的聚合动力学研究
• 5.3.1.3 PDMS-b-PFHBMA共聚物分子量分布
• 5.3.1.4 PDMS-b-PFHBMA共聚物热行为
• 5.3.1.5 PDMS-b-PFHBMA共聚物微观结构
• 5.3.1.6 PDMS-b-PFHBMA共聚物表面能测量
• 5.3.2 PDMS-b-PMA-b-PHFBMA三嵌段共聚物的制备
• 5.3.2.1 PDMS-b-PMMA-b-PHFBMA共聚物的分子结构表征
• 5.3.2.2 HFBMA单体的聚合动力学研究
• 5.3.2.3 PDMS-b-PMMA-b-PHFBMA共聚物分子量分布
• 5.3.2.4 PDMS-b-PMMA-b-PHFBMA共聚物微观结构
• 5.3.2.5 PDMS-b-PMMA-b-PHFBMA共聚物表面能测量
• 5.3.2.6 具有较低表面能的氟硅共聚物表面组成分析
• 5.4 本章小结
• 本章主要参考文献
• 第六章 本文结论及后续工作展望
• 6.1 本文研究结论
• 6.2 后续工作展望
• 附录1:硕士期间发表的论文与专利
• 致谢