含氟丙烯酸酯类嵌段共聚物的原子转移自由基聚合研究

论文摘要

含氟丙烯酸酯类聚合物,具有憎水、憎油及耐污等较佳的表面性能,且具有良好的化学稳定性、耐氧化性及耐腐蚀性。本文运用原子转移自由基聚合法（ATRP）通过溶液聚合的方式合成了甲基丙烯酸甲酯（MMA）与十三氟辛醇甲基丙烯酸甲酯（FAEM）的嵌段共聚物。聚合反应分为两步,第一步合成以溴封端的聚甲基丙烯酯甲酯（PMMA-Br）,第二步以PMMA-Br为大分子引发剂合成MMA与FAEM的嵌段共聚物P（MMA-b-FAEM）。通过改变聚合反应温度、反应时间、引发剂及催化体系等合成条件进合成了不同分子量的PMMA,并由这些大分子引发剂引发合成了相应的含氟嵌段共聚物。通过测定单体转化率、聚合物的分子量（Mn）及其分子量分布（PDI）,讨论了有关合成条件对聚合反应的影响,研究了聚合反应的动力学特征,并得出较佳的聚合反应条件。通过红外光谱（IR）、核磁共振氢谱（1H-NMR）和碳谱（13C-NMR）、凝胶渗透色谱（GPC）对合成的聚合物的结构进行了分析表征,表明所得产物为十三氟嵌段共聚物,通过接触角测定,对含氟嵌段共聚物表面的憎水性进行了研讨。实验结果表明,聚合反应温度为90℃,以PMMA-Br为大分子引发剂,氯化亚铜/2,2’-联二吡啶为催化体系,且引发剂:氯化亚铜:2,2’-联二吡啶为1:1:2,反应时间为24小时是合成含氟丙烯酸酯嵌段共聚物适宜的条件。所合成的聚合物分子量分布窄（PDI=1.28）,表明聚合反应具有ATRP活性聚合特征。嵌入少量的含氟单体（聚合物中含氟质量百分比为3.89 %）,其聚合物成膜后表面接触角高达105℃,表明其具有良好的憎水性。此外,含氟嵌段的长度是影响嵌段共聚物表面憎水性的主要因素,而PMMA段的长度对嵌段共聚物的表面性质影响并不大。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 活性自由基进展
• 1.2 原子转移自由基聚合的研究进展
• 1.2.1 ATRP 的发展
• 1.2.2 ATRP 机理
• 1.2.3 ATRP 单体
• 1.2.4 ATRP 的引发剂
• 1.2.5 聚合方法
• 1.2.6 ATRP 的应用
• 1.3 含氟嵌段共聚物的研究进展
• 1.3.1 含氟聚合物
• 1.3.2 含氟丙烯酸酯类嵌段共聚物
• 1.4 研究目的及内容
• 1.4.1 课题研究的目的
• 1.4.2 课题研究的内容
• 2 实验部分
• 2.1 试剂及仪器
• 2.1.1 试剂
• 2.1.2 仪器
• 2.2 聚合过程
• 2.2.1 大分子引发剂的合成
• 2.2.2 嵌段共聚物的合成
• 2.3 测试与表征方法
• 2.3.1 转化率的测定
• 2.3.2 红外光谱结构表征
• 2.3.3 核磁共振波谱表征
• 2.3.4 凝胶渗透色谱表征
• 2.3.5 接触角测定
• 3 结果部分
• 3.1 不同因素对大分子引发剂合成的影响
• 3.1.1 反应温度
• 3.1.2 反应时间
• 3.1.3 催化体系
• 3.1.4 引发剂
• 3.1.5 沉淀方法对产物的影响
• 3.2 不同因素对嵌段反应的影响
• 3.2.1 反应温度
• 3.2.2 反应时间
• 3.2.3 催化体系
• 4 结果的分析表征
• 4.1 PMMA 结构表征
• 4.1.1 红外光谱分析
• 4.1.2 核磁共振波谱
• 4.1.3 凝胶渗透色谱
• 4.2 含氟嵌段共聚物的结构表征
• 4.2.1 红外光谱分析
• 4.2.2 核磁共振波谱
• 4.2.3 凝胶渗透色谱
• 4.3 含氟嵌段共聚物的表面性质
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在攻读学位期间发表的论文目录