鉴于长碳链氟烷基在大多数环境条件测试中都不会水解、光解或生物降解,对环境存在严重的危害,因此含长碳链氟烷基的产品已经逐渐被禁止使用。为了寻求以环境友好的短碳链氟烷基替代长碳链氟烷基的基础理论和方法,本文设计了多个短碳链氟烷基由同一桥基键合的功能性结构,结合点击化学、硅氢加成、格氏反应、酯化反应和单电子转移等化学反应,实现了全氟丁基和全氟己基等短碳链氟烷基分别在三唑环、硅氧烷、甲硅烷和笼型倍半硅氧烷桥基上的键连,成功制备了一系列未见文献报道的短碳链氟烷基功能材料。最后结合表面自组装和织物整理应用,研究了短碳链氟烷基的组装机理及表面特性,探索了氟材料整理棉织物的表面结构与性能间的关系。具体从以下四个方面展开:(1)多全氟烷基三唑环功能化硅烷以叠氮化钠、溴丙炔、溴丙烯、全氟烷基乙醇和三氯硅烷等为初始原料,经酯化、点击化学和硅氢加成等化学反应制备了不同氟烷基链长的多全氟烷基三唑环功能化硅烷,并且通过FT-IR、1H NMR、13C NMR、19F NMR和MS等对目标化合物进行了结构鉴定。利用自组装成膜技术在硅片表面制备了四种含氟硅烷自组装膜。EDS和AFM扫描图谱说明了含氟硅烷分子随着自组装时间的延长逐渐自组装到硅片表面;通过XPS和AFM测试表征了自组装膜的表面元素含量和形态结构的变化,结果表明:焙烘处理、引入刚性桥基、提高氟烷基堆积密度以及延长自组装时间对提高自组装膜的表面接触角、降低表面自由能和表面粘附力具有积极意义。(2)多全氟烷基三硅氧烷基丙烯酸酯共聚物以全氟己基溴乙烷为原料,通过格氏反应和硅氢加成反应合成了3种新型的多全氟烷基三硅氧烷基丙烯酸酯单体,随后通过乳液聚合制备了多全氟烷基三硅氧烷基丙烯酸酯共聚物乳液(代号为PMFSMA,PBFSMA和PTFSMA),并分别将其应用于棉织物的拒液整理。研究了共聚物及其整理后棉织物的性能。结果表明,随着氟含量的提高,共聚物乳液的稳定性下降,且乳液中存在大小不均匀的乳胶粒;随着PMFSMA中氟含量的提高,共聚物的初始分解温度降低,但分解结束后的残余率随着氟含量的提高而增加;eds测试说明经过焙烘处理后氟烷基迁移至薄膜-空气界面,使得氟元素在薄膜表面富集;焙烘处理和增加共聚物分子中的氟烷基数量,可将共聚物薄膜的表面自由能降低至13.7mn/m;整理后棉织物的表面接触角随着氟含量的提高而增加,同时发现,在氟含量相同的条件下,经ptfsma整理的棉织物表面接触角最高(154.1o)。(3)多全氟烷基甲硅烷基丙烯酸酯共聚物设计并成功合成了3种以甲硅烷基为桥基的新型多全氟烷基甲硅烷基丙烯酸酯单体,采用乳液聚合的方法制备了多全氟烷基甲硅烷基丙烯酸酯共聚物乳液(代号为pmfsa,pbfsa和ptfsa),并将共聚物乳液应用于棉织物整理。对共聚物和整理后棉织物的表面性能进行了表征,结果表明,利用甲硅烷基作为连接桥基键合十三氟辛基所得到的丙烯酸酯共聚物薄膜的表面自由能低至12.04mn/m,与硅氧烷基桥基衍生物相比,共聚物的表面自由能降低了12.1%。分析氟烷基丙烯酸酯共聚物膜的微观结构发现,由于氟烷基的热迁移和微相分离特性,经焙烘处理的三(全氟烷基)甲硅烷基丙烯酸酯共聚物膜(ptfsa)表面呈现凸起尖峰密集排列的形貌特征。eds和xps证实了氟元素在ptfsa共聚物薄膜表面和整理棉纤维表面均发生了富集。并且整理后棉织物表面的静态接触角随着整理剂氟含量的提高而增加,测得其后滞接触角约为10o左右。整理后棉织物具有较好的耐洗性能,经过15次洗涤后仍具有较高的接触角。(4)多全氟烷基倍半硅氧烷基丙烯酸酯共聚物为了在单体结构中引入更多短碳链氟烷基,本文利用单电子转移反应在倍半硅氧烷桥基上成功引入7个短碳链氟烷基,设计合成了七(全氟烷基)倍半硅氧烷基丙烯酸酯单体,最后通过乳液聚合制备了多全氟烷基倍半硅氧烷基丙烯酸酯共聚物乳液。由此获得了极低的表面自由能(约为9.75mn/m),同时笼型倍半硅氧烷的引入使得丙烯酸酯共聚物的热稳定性能大幅提高。研究结果表明,桥基作为连接基团对含氟材料的表面特性有较大影响,刚性的三唑环桥基可促进末端氟烷基规整排列,有利于短氟烷基的表面屏蔽效率;硅氧烷基等柔性桥基利于氟烷基的表面迁移和微相分离,由此可在高温焙烘条件下获得更低表面能;倍半硅氧烷桥基则可键连多个短氟烷基,获得短氟烷基密集堆积的空间构象,因而可制备表面性能优异的有机氟功能材料。取得的研究成果顺应绿色和环境友好型材料的发展趋势,可为设计和制备表面特性、拒液性能可与长碳链氟烷基功能材料媲美的短碳链氟烷基材料奠定理论基础。