具有“伞形”结构的环保型低表面能含氟聚合物的设计与研究

In this text, a kind of environmentally friendly fluoropolymer with "umbrella" structure intends to be synthesized. This interesting " ambrella” structure is composed by several fluorinated chains with less than six carbon atoms, which can build up larger steric hindrance and cover the surface completely to shield effectively, and it can provide more fluorine on the surface as well. Accordingly, this environmentally friendly polymer will have very low surface energy because of this new structure.

本项目拟设计合成一种具有“伞形”结构的环保型含氟聚合物。此新型“伞形”结构由多个短氟碳链聚集而成，具有较大空间位阻，能完全覆盖于表面，产生有效屏蔽作用，从而稳定氟链在表面的存在；同时可有效提供表面氟含量。通过这一新型结构的引入，此聚合物将具有十分优异的低表面能。

由于现有应用中的含氟丙烯酸酯聚合物中大部分采用的长氟链段化合物（C≥8）具有严重的环境污染性，因而已被全面禁用。而现有短氟碳链聚合物由于链段迁移运动性较差，从而拒水拒油性能难以达到要求。因此，需通过结构设计，制备既满足环保要求，又具有优异拒水拒油性能的含氟聚合物具有重要的理论和实际意义。本项目设计合成了一种具有“伞形”结构的环保型含氟聚合物，其中由于多个氟碳链的存在，形成“伞形”结构，空间位阻增加，使氟链能稳定覆盖于表面，起到有效的屏蔽作用；同时，多个氟链的存在，可有效提高表面的含氟量，从而提高整个聚合物的拒水拒油性能。.首先合成了具有“伞形”结构的含氟单体，并将其进行共聚；对“伞形”结构单体用量、温度、引发剂、乳化剂等对乳液聚合反应的影响进行了系统研究。随含氟单体用量的增加，乳液聚合速率和稳定性逐渐降低，在含氟单体用量为20 wt%，聚合温度为75 ℃，引发剂用量为0.6 wt%，乳化剂用量为6 wt%条件下具有较高的单体转化率和较低的凝胶率，乳液具有好的稳定性。.将“伞形”结构的短氟碳链聚合物与传统的直链全氟聚合物进行对比，研究了“伞形”结构的引入对乳胶膜拒水拒油性能的影响。在总氟含量相同的条件下，含氟单体用量从20 wt%增加到60 wt%，“伞形”结构含氟聚合物对水的接触角比直链含氟聚合物高；在氟单体用量同为40 wt%时，“伞形”结构聚合物表面的氟含量高5.1 %，而吸水率要低11.1 %，说明“伞形”结构的引入可以在一定程度上增加含氟基团在表面的聚集，从而提高拒水性能。.为了尽可能降低体系中氟含量，同时保持优异的拒水拒油性能。制备得到了一种丙烯酸酯/短氟碳链含氟丙烯酸酯共混树脂（C6F仅40%）。通过EDX证实，通过电荷和热效应的协同作用，有利于整个体系的氟元素向表面的迁移，因而即使C6F仅占40%，材料的表面性能与100%含量的C6F相同，接触角可达133°（水）和107°（二碘甲烷）。