含氟聚丙烯酸酯多元共聚物乳液的合成及性能研究

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乳液聚合由于体系具有散热快、聚合速率高、分子量大、体系粘度低和环保等优点,产物广泛用于粘合剂、涂料、橡胶和药物载体等领域。含氟聚丙烯酸酯乳液既具有聚丙烯酸酯优异的成膜性能、机械性能又具有含氟聚合物的高耐候性、强稳定性和拒水拒油防污性能,因此越来越受到人们的关注,被广泛应用于织物整理、防污涂料、皮革、建筑、微电子、光纤等诸多领域。含氟烷基丙烯酸酯聚合物一般由含氟侧链、聚合物主链和其他基团组成。目前,应用广泛的含氟织物整理剂大多数是以全氟磺酰基化合物(PFOS)、全氟辛酸类(PFOA)或其他含8个或8个以上氟碳原子的单体为原料合成的含氟聚合物。研究表明,含氟侧链中的含氟烷基(CnF2n+1),n≥8时,这些化合物不易降解,在人体、动物体内能够长期累积并具有潜在的致癌作用。因此,研究开发含短氟碳链的具有生物降解功能的织物整理剂具有深远的理论意义和应用价值。本课题主要研究内容包括三部分:1、首先合成了一种功能单体2-[(2-羟乙基)磺酰基]丙烯酸乙酯和全氟己基乙基丙烯酸酯。以全氟己基乙基丙烯酸酯、丙烯酸十八酯、功能单体为主要原料,采用复合乳化剂,以过硫酸盐为引发剂,配以适量的助乳化剂、链转移剂和去离子水,分别高速剪切、超声乳化20-60min,得到稳定的预乳液;取部分预乳液加热至50-90℃,反应0.5-1h后,出现蓝色荧光,通过半连续滴加法加入剩余预乳化液及剩余引发剂,保温反应3-6h,降温、调节pH,得到一种三元共聚物乳液。2、以全氟己基乙基丙烯酸酯、丙烯酸十八酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯为主要原料,采用复合乳化剂,配以适量的助乳化剂、链转移剂和去离子水,分别高速剪切、超声乳化20-60min,得到稳定的预乳液;将引发剂过硫酸铵溶于水,配成溶液备用。在装有回流冷凝器、温度计、恒压滴液漏斗的三口瓶中,通入氮气保护,加入制备的1/2的预乳化液和1/3质量的引发剂,加热至80℃反应,等出现蓝色荧光时,滴加剩余预乳化液和剩余引发剂,2-3h加完,恒温反应4h,降至40℃时,用氨水调pH=7,得到带蓝色荧光的乳白色含氟丙烯酸酯四元共聚物乳液。3、通过对乳液聚合反应温度、反应时间和加料方式的探讨,确定了反应条件。利用FT-IR、1HNMR、19FNMR对聚合物的结构进行表征,用热重分析(TGA)、示差扫描量热(DSC)和凝胶渗透色谱(GPC)对聚合物的热性能和分子量进行表征;利用透射电镜测定了乳液的粒径、形貌、稳定性;通过接触角对比,研究了乳液的拒水拒油性能。
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