氟硅疏水疏油材料的制备与性质研究

论文摘要

具有疏水、疏油特性的分子材料及其复合材料在工农业生产和日常生活中有重要作用。本论文将设计低表面能化学物质与控制表面微观结构有效结合,制备了一系列具有疏水、疏油性的氟硅杂化材料,对这些材料的合成进行了初步的探索,并对其性质进行了相应研究。一、通过硅氧烷类化合物的组装实验与比较,得到其有效组装的条件,当硅氧烷类化合物的浓度为1mM/L,少量醋酸催化,室温组装24h或50～60℃左右组装1～2h,即可达到较好的组装效果;先用硅烷偶联剂对玻璃进行组装,再用含氟试剂进行第二次组装,可对玻璃进行有效修饰;通过用氢氟酸刻蚀玻璃,再用含氟硅氧烷组装,研究了界面形貌改变下表面修饰材料的疏水疏油性能。二、设计合成新型含氟单体[M—烯丙基全氟丁基磺酰胺（AFA）,N—甲基—N—烯丙基全氟丁基磺酰胺（MAFA）,N,N—二烯丙基全氟丁基磺酰胺（DAFA）,烯丙基全氟（2-异丙基-1,3-二甲基-1-丁烯基）醚(C9F17OCH2CH=CH2,EOA),4-全氟（2-异丙基-1,3-二甲基-1-丁烯基）氧苯乙烯(C9F17OC6H4CH=CH2,FOSt)],并选择其他含氟材料（全氟辛基乙烯）,分别与乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）和乙烯基三乙氧基硅烷（VTES）进行共聚反应得到含全氟烷基和硅氧烷基的反应性氟硅高分子;通过Si—O—Si键的形成将这些反应性高分子修饰于玻璃基片表面,制备得到的涂层膜在氟成分的分布上具有梯度性,并具有良好的疏水疏油性和稳定性。三、通过乳液聚合法,以全氟辛基磺酰胺（或全氟丁基磺酰胺）—甲基丙烯酸甲酯—乙烯基三甲氧基硅烷（或乙烯基三乙氧基硅烷）为主要单体,用十二烷基苯磺酸钠（SDBS）和烷基酚聚氧乙烯醚（OP—10）为混合乳化剂,选用过硫酸钾（或过硫酸铵）为引发剂,以水为介质制备了一系列新的氟硅三元共聚乳液,并通过纳米粒子进行改性,对其性质进行了相应研究。结果显示,该乳液具有良好的成膜性、稳定性和环保性,将乳液涂膜后发现,该聚合物膜比较光滑、透明,具有较好的耐腐蚀性和热稳定性,将其膜进行退火处理后,其双疏性明显增强。四、从自然仿生荷叶表面超疏水现象出发,深入探导导致其超疏水的特异性结构,通过纳米SiO2粒子复合改性含氟化合物,制备了一系列具有超疏水性的材料（水的接触角达到150°以上）;用硅烷偶联剂修饰纳米SiO2粒子,再用六氟丙烯三聚体对乙烯基苯基醚(C9F17OC6H4CH=CH2)进行表面接枝聚合,制备了具有超疏水疏油性的材料（水的接触角为174.8°,滚动角小于2°）;从而为有效制备超疏水疏油材料进行了有益的探索。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 润湿的相关理论
• 1.3 疏水疏油材料的制备
• 1.3.1 疏水疏油材料制备的主要问题
• 1.3.2 疏水疏油材料制备的原则和方法
• 1.3.3 疏水疏油材料的制备技术
• 1.4 疏水疏油材料的结构与性能表征
• 1.4.1 光谱分析
• 1.4.2 电子显微镜分析
• 1.4.3 热分析
• 1.4.4 化学分析光电子光谱（ESCA）
• 1.4.5 接触角分析
• 1.5 疏水疏油材料的研究进展
• 1.5.1 含氟丙烯酸酯聚合物的合成
• 1.5.2 氟硅聚合物的合成
• 1.5.3 表面微细结构的调控
• 1.5.4 功能材料的设计与应用
• 1.6 课题的提出及设计思路
• 第二章 界面分子自组装与玻璃表面的化学修饰
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器和试剂
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 玻片的组装及影响因素分析
• 2.3.2 用氟硅试剂对玻璃表面进行化学修饰
• 2.3.3 用氢氟酸刻蚀玻璃表面后用氟硅试剂修饰
• 2.4 本章小结
• 第三章 氟硅高分子梯度杂化材料的制备与性质研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器与药品
• 3.2.2 含氟单体的合成
• 3.2.3 氟硅共聚高分子的制备
• 3.2.4 薄膜的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 红外波谱分析
• 3.3.2 氟硅高分子薄膜的XPS表征和梯度性分析
• 3.3.3 接触角测量和表面自由能
• 3.3.4 拒溶剂、拒酸碱性
• 3.3.5 耐侯性
• 3.3.6 机理分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 氟硅疏水疏油乳液的制备和性质研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器和试剂
• 4.2.2 含氟单体的合成
• 4.2.3 氟硅改性丙烯酸酯共聚乳液的合成
• 4.2.4 纳米改性的氟硅共聚乳液的合成
• 4.2.5 性能测试
• 4.2.5.1 乳液的性能测试
• 4.2.5.2 涂膜性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 聚合工艺对乳液主要性能指标的影响
• 4.3.2 含氟单体类型及用量对乳液性能的影响
• 4.3.3 反应温度对乳液性能的影响
• 4.3.4 反应时间对单体转化率的影响
• 4.3.5 水用量的选择
• 4.3.6 纳米改性乳液的疏水疏油性
• 4.3.7 改性乳液的稳定性
• 4.3.8 红外光谱表征
• 4.4 本章小结
• 第五章 氟硅纳米复合超疏水疏油材料的制备与性质研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验仪器与试剂
• 5.2.2 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 用纳米粒子与含氟硅氧烷混合组装
• 5.3.2 用硅烷偶联剂修饰纳米粒子进行二次组装
• 5.3.3 用纳米粒子改性含氟丙烯酸酯聚合物
• 5.3.4 用硅烷偶联剂改性纳米粒子，再进行表面接枝聚合
• 5.4 本章小结
• 全文总结
• 参考文献
• 附录
• 在读硕士期间发表的论文、科研成果等
• 致谢