低氟硅含量嵌段共聚物的合成及表面性质研究

【摘要】含氟聚硅氧烷（简称氟硅）兼具氟聚合物的耐溶剂特性、有机硅聚合物的优越应用性能，把氟硅链段引入到丙烯酸酯类聚合物中可以提高丙烯酸酯类材料的耐水性、耐溶剂。通过结合聚合物的静电纺丝技术，还有望获得超疏水且耐油性好的纤维膜。若能利用尽可能少的氟硅来最大程度的改善含氟硅共聚物的表面性质，则对含氟硅共聚物的实际应用更为有利。本文将运用ATRP法合成一系列结构可控的聚[甲基(3,3,3-三氟丙基)硅氧烷](PMTFPS)与聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的嵌段共聚物PMTFPS-b-PMMA，并在嵌段共聚物氟硅链段含量低的情况下，通过静电纺丝制备超疏水和耐溶剂的嵌段共聚物纤维膜。主要研究成果如下：1.本文通过ATRP反应，合成得到结构可控的PMTFPS-b-PMMA嵌段共聚物，并对其反应动力学进行了考察。本文首先通过氟硅单体1,3,5-三甲基-1,3,5-三（3,3,3-三氟丙基）环三硅氧烷(简称F3)的阴离子开环聚合与端基的功能化反应，合成得到氟硅大分子ATRP引发剂PMTFPS-Br，然后以CuBr/HMTETA为催化体系，在除水除氧的条件下进行甲基丙烯酸甲酯（MMA）的ATRP反应，得到窄分子量分布的PMTFPS-b-PMMA嵌段共聚物,并且通过动力学考察，证明其为活性聚合。2.本文考察了PMTFPS-b-PMMA嵌段共聚物薄膜的表面结构与表面性质，获得了共聚物氟硅含量与表面性质之间的相互联系。（1）AFM测试结果表明，PMTFPS-b-PMMA嵌段共聚物的链段比例不同，其表面形成的形貌也会有所差异的，并呈现针状的突起和凹陷，赋予薄膜表面一定的粗糙度。（2）接触角测试发现，嵌段共聚物薄膜的表面能基本都在22.07–25.28mJ/m2之间，而且在较低的氟硅含量下，嵌段共聚物的表面能也比较低，这说明少量氟硅链段就能高效的改善嵌段共聚物表面的拒水性，能够高效的降低嵌段共聚物的表面能。3.本文通过PMTFPS-b-PMMA嵌段共聚物的静电纺丝，制备得到超疏水、耐溶剂的共聚物纤维膜。（1）本文通过课题组自制的静电纺丝装置，在特定的条件下制备得到氟硅链段含量较低的超疏水和耐甲酰胺溶剂的含氟硅嵌段共聚物表面。（2）研究结果表明，随着嵌段共聚物纺丝溶液浓度的增加，纺丝膜的形貌从纳米微球逐渐向纳米纤维转变；嵌段共聚物的分子量和浓度达到一定的范围时，有利于纺丝膜的形貌同样从纳米微球向纳米纤维转变；同时对水和甲酰胺的接触角有所提高。（3）静电纺丝制备的纳米纤维直径随着针头直径增加有稍微减小,并且表面形貌从含少量珠状纤维向完全拉伸纳米纤维转变；而接收距离的增加，静电纺丝纤维的直径呈现两个方面的变化，当电场拉伸力占主导作用下纺丝直径增加，当纺丝液的飞行时间占主导作用纺丝的直径减小，但纺丝膜的形貌变化不大。（4）当溶剂从DMF与THF的混合溶剂向DMF溶剂变化时，静电纺丝膜的微观结构从纤维向纳米微球转变，同时伴随着耐甲酰胺的接触角变化很大。通过XPS对表面元素进行分析，发现DMF为溶剂时表面氟含量稍微减小。这说明甲酰胺的接触角更多与纺丝膜的微观形貌有关，形成的纳米纤维比形成的纳米微球更有利于超疏水时和耐溶剂。
【作者】田小平；
【导师】易玲敏；
【作者基本信息】浙江理工大学，纺织化学与染整工程，2014，硕士
【关键词】氟硅；聚甲基丙烯酸甲酯；嵌段共聚物；原子转移自由基聚合；静电纺丝；超疏水；耐溶剂；

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