基于功能性聚合物微球構(gòu)建疏水性涂層的研究.pdf

1、疏水聚合物涂層具有優(yōu)異的抗?jié)櫇裥?，在自清潔、抗結(jié)冰、減反射、抗菌等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。但疏水涂層在制備環(huán)節(jié)和實(shí)際使用中尚存在許多不足，進(jìn)一步改良制備工藝和提高聚合物涂層的性能具有現(xiàn)實(shí)意義。本論文采用不同的制備方法合成了系列具有新型功能的聚合物微球，通過優(yōu)化涂層制備工藝，制備了多種具有優(yōu)異綜合性能的疏水或超疏水聚合物涂層，系統(tǒng)研究了所制備微球的化學(xué)組成、粒徑、功能基團(tuán)與聚合物涂層性能間的關(guān)系。
　　以二步乳液聚合法制備了殼層同時(shí)

2、含有全氟基團(tuán)和可交聯(lián)基團(tuán)（環(huán)氧或羧基）的核殼型聚合物納米微球，動(dòng)態(tài)光散射(DLS)和透射電鏡(TEM)結(jié)果表明所制備的聚合物微球?yàn)楹藲そY(jié)構(gòu)。制備涂層的工藝采取后交聯(lián)法，即先室溫澆鑄成涂層再經(jīng)過熱處理使可交聯(lián)基團(tuán)反應(yīng)形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)研究了氟元素和可交聯(lián)單體含量變化對(duì)涂層的耐熱性、疏水性以及在潮濕條件下疏水穩(wěn)定性的影響。聚合物涂層的X-射線光電子能譜(XPS)，全反射紅外光譜(ATR-FTIR)、原子力顯微鏡(AFM)以及水接觸角測試結(jié)果

3、表明:采用先室溫形成涂層再升溫使環(huán)氧和羧基基團(tuán)交聯(lián)的涂層制備工藝，氟基團(tuán)可有效遷移并富集于涂層表面。而且交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可有效抑制潮濕環(huán)境下氟元素向涂層內(nèi)部的遷移，大大改善了聚合物涂層的疏水穩(wěn)定性。其中，含6wt％氟元素和5mo1％交聯(lián)單體濃度的涂層的水接觸角可達(dá)109°，而且涂層的表面張力(17.7mN/m)甚至低于聚四氟乙烯(18.5 mN/m)。
　　使用二乙烯基苯作為原料，通過乳液聚合法和分散聚合法合成了粒徑分別為157.2n

4、m，602.1nm和5.1μm的納米、亞微米和微米級(jí)的高度交聯(lián)PDVB(聚二乙烯基苯)微球，采用乳液澆鑄法分別制備了不同微球粒徑的聚合物涂層，系統(tǒng)研究了微球粒徑對(duì)聚合物涂層表面形貌、表面粗糙度、疏水性和涂層臨界開裂厚度(CCT)的影響。結(jié)果表明:隨粒徑的增大，納米、亞微米和微米級(jí)微球涂層的表面粗糙度分別由49nm增加到136nm和1.27μm，水接觸角則相應(yīng)從136°分別增大到151.8°和150.2°。而且，粒徑的增加有助于提高涂層的

5、CCT值，微米級(jí)微球涂層的CCT值可達(dá)8.1μm，超過文獻(xiàn)報(bào)道的大多數(shù)無機(jī)和有機(jī)高分子超疏水涂層的無開裂涂層厚度。此外，與線性的聚苯乙烯微球涂層相比，高度交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得即使在150℃連續(xù)處理24小時(shí)的條件下，PDVB微球涂層的表面形貌和水接觸角仍保持不變，具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。
　　通過種子乳液聚合法在PDVB微球上引入氟組分，再通過乳液澆鑄法得到超疏水聚合物涂層。含16wt％氟元素的PDVB涂層的接觸角高達(dá)163.2°，滾動(dòng)角約

6、為5°，而粘附功只有3.1mN·m-1,表現(xiàn)出優(yōu)異的自清潔性能。氟組分的引入還有效的提高了涂層的熱穩(wěn)定性。聚合物涂層還具有良好的耐酸堿能力。將樣品涂布于濾紙上時(shí)，表現(xiàn)出超疏水和超親油的性能，可有效應(yīng)用于水油分離。
　　首先以細(xì)乳液聚合法制備了聚苯乙烯納米微球，再通過種子乳液聚合法在納米微球表面進(jìn)行苯乙烯和丙烯酸共聚，得到殼層含羧基的核殼結(jié)構(gòu)聚苯乙烯微球。以殼層含羧基的聚苯乙烯微球作為高分子配體、1,10-鄰菲羅啉(Phen)和乙酰

7、丙酮(Acac)為小分子共配體與稀土離子(Eu3+、Tb3+)進(jìn)行配位反應(yīng)，制備了含不同稀土元素的稀土配位聚合物納米復(fù)合微球。將這種微球與微米級(jí)聚四氟乙烯(PTFE)粒子以一定質(zhì)量比分散于乙醇中，均勻混合后澆鑄成涂層。動(dòng)態(tài)光散射(DLS)、掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)分析結(jié)果表明稀土配位聚合物微球粒徑分布均勻、尺寸在納米級(jí)，且在殼層含羧基的聚苯乙烯微球上成功引入了稀土配位層。SEM和EDS分析結(jié)果證實(shí)，復(fù)合涂層中PTFE粒子與