含氟硅聚芳醚树脂的合成及表面结构的构筑

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疏水材料作为一种重要的多功能材料,不仅在基础研究领域备受关注,其实际应用也越来越广泛。由于其自清洁、耐玷污等生物仿生方面的特性,在化学成分的极性与非极性分离、油水分离、电池和燃料电池的应用、日用品包装、生物医学、电子设备的防潮涂层等领域被广泛应用。含氟高分子材料因其具有低表面活性、高化学稳定性、高热稳定性、疏水性和疏油性,在众多疏水材料中脱颖而出。其中全氟化聚芳醚材料不仅保证了聚合物中较高的氟含量,同时保证了良好的热力学性能。但是在实际应用中,含多氟的疏水材料通常具有较高的结晶性,所以加工性能较差,需要引入其他元素或官能团来提高材料的加工性能。线性聚二甲基硅氧烷(PDMS)是聚有机硅化合物中使用最广泛的一种,其硅氧烷结构不仅赋予它较低的表面能,同时使其具有更好的耐热性、耐冲击性和加工性。将PDMS引入到多氟聚芳醚材料中去,既能保持含氟聚合物的“三高二疏”又兼具有机硅化合物的低表面自由能、耐热、耐寒、耐老化和易加工等特点。本文利用扩链反应和硅氢加成反应制备了一系列不同链长度的双酚PDMS单体,再通过两步法的亲核取代反应成功合成了一系列主链含不同链长度PDMS的氟化聚芳醚材料DFP-PDMS-P和三种主链含10个硅的PDMS不同链结构的氟化聚芳醚材料DFPX-PDMS-10。通过红外、氢核磁、氟核磁和广角X射线衍射对聚合物的结构进行了表征,证明了所有聚合物都具有线性结构和无定型结构。同时对聚合物进行了溶解性、热性能和疏水性能测试,所有聚合物都具有良好的溶解性、疏水性能和热稳定性,对于聚合物DFP-PDMS-P来说,随着聚合物主链PDMS链长度的增加,其玻璃化转变温度由51.2℃降低至34.3℃,而其水接触角先由108°上升到112°(DFP-PDMS-10),再降低至102°。对于聚合物DFPX-PDMS-10来说,随着聚合物分子中官能团极性的增加,其玻璃化转变温度由45.3℃(DFP-PDMS-10)降低到42.5℃(DFPK-PDMS-10),而且水接触角由112°降低到107°。此外,为了探究表面微观结构对材料疏水性能的影响,本文选用制备的三种聚合物利用旋涂法制备了一系列不同表面结构的聚合物材料和不同表面粗糙度的聚合物材料。通过扫描电镜和和表面元素分析,聚合物成功覆盖在基材上,并且所有材料具有不同的表面微观结构。相同微观结构对三种聚合物的接触角提高程度和曲线的变化趋势基本一致,其中微米级阵列结构对接触角的提高最大可达141°。同一聚合物随着聚合物表面粗糙度的减小,聚合物表面接触角呈增加趋势,最大接触角达到134°,其结果符合Cassie-Baster理论。
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