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有机氟树脂制备超疏水自清洁氟碳涂料的研究

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1.在阴/非离子乳化剂作用下,将甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFMA)与丙烯酸月桂酯(LA)、甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)及γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPMS)在水相进行乳液共聚,合成了一种含氟聚丙烯酸酯(DLHM)乳液。用红外光谱(IR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)和透射电镜(TEM)对DLHM的结构及乳液乳胶粒粒径形貌进行了表征和测定。再将DLHM乳液与丙烯酸树脂(PA)、纳米TiO2共混制备成氟碳涂层,考察固化温度、乳液用量和纳米TiO2用量对涂层性能的影响,并用扫描电镜测定了涂层表面微观结构。结果表明:
　　 (1)DLHM为乳白色略带蓝色荧光乳液,有较好的稳定性,乳液固含量为26.8%,黏度为0.005Pa·s。乳液带负电,平均ζ电位为-24.09mV,平均粒径为131nm。
　　 (2)用透射电镜(TEM)对稀释的DLHM乳液进行观察分析,发现DLHM乳胶粒呈规则球状,大部分胶粒表面光滑,部分少量粒子因MPMS水解而使得胶粒表面出现团聚现象。
　　 (3)制备得到的氟碳涂料,其涂层最佳条件为:固化温度为160℃,DLHM用量为45g,纳米TiO2用量为9g,此时的涂层表面平整光滑,耐水性、耐酸碱性、耐沾污性等都达到最佳,且此时接触角为133°。
　　 (4)通过扫描电镜(SEM)观察氟碳涂层,发现微观条件下其表面由不规则的微孔和纳米乳突组成,有一定的微/纳米二元粗糙结构。
　　 2.在阴/非离子表面活性剂及过硫酸铵引发剂作用下,通过半连续种子乳液共聚,制备了以丙烯酸丁酯(BA)、苯乙烯(ST)、丙烯酸月桂酯(LA)为核,以甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFMA)为壳的核壳型含氟聚丙烯酸酯(BSL-D)乳液,将其与纳米TiO2共混制备得到超疏水自清洁型氟碳涂料。用红外光谱(IR)、透射电镜(TEM)对其结构进行了表征,考察了纳米TiO2、BSL-D乳液用量和热处理温度对涂层疏水性能的影响,并研究了涂层的表面形貌及自清洁能力。结果表明:
　　 (1)BSL-D乳胶粒子呈球状、大小相对均匀,对比DLHK乳液发现其具有明显的核壳结构,且核层显示白色为丙烯酸树脂,壳层显示浅灰色为丙烯酸与有机氟的共聚物。
　　 (2)当BSL-D乳液用量为55%,纳米TiO2用量为12%,固化温度为170℃,固化时间为5min条件下,涂层各项应用性能都较佳,此时涂层静态水接触角为152°,吸水率为4.23%,自清洁性能及疏水效果最佳。
　　 (3)通过SEM在微观条件下观察发现涂层表面覆有一层有机氟薄膜,且含有明显的微/纳米二元粗糙结构,并通过对比不含纳米TiO2的涂层与不含BSL-D乳液的涂层,发现其接触角具有明显优势,涂层自清洁能力显著。
　　 3.以过硫酸铵为引发剂,将丙烯酸丁酯(BA)、苯乙烯(St)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)与甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFMA)通过无皂乳液聚合法合成了含氟苯丙无皂乳液,并将其与纳米TiO2制备成氟碳涂料。考察了丙烯酸钠、APS、DFMA用量和反应温度对乳液性能的影响,通过IR、TEM表征了乳液主组分结构和乳胶粒形貌。并研究了乳液及纳米TiO2用量对氟碳涂层性能的影响。结果表明:
　　 (1)当丙烯酸钠用量为12%,APS用量为1%,反应温度为78℃时,乳液性能最佳,此时凝胶率为0.8%,耐水性大于168h,单体转化率为97.1%,乳液外观为乳白色带蓝色荧光。当DFMA用量为25%时,涂膜疏水性最佳,水接触角达到113°,吸水率为6.4%。
　　 (2)通过TEM观察乳液粒子的形貌发现乳胶粒呈球状,大小相对均匀,部分粒子有团聚现象,乳胶粒外部有少量有机氟链段,出现了核壳结构。
　　 (3)在乳液用量为55%,纳米TiO2用量为12%条件下,氟碳涂层耐水性、耐酸碱性、耐沾污性、耐洗刷性、附着力等各项应用性能较佳,接触角达到142°。

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