含硅氟功能性聚合物的制备及其紫外光固化材料的性能研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangjuan860405
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在紫外光的照射下,由光引发剂引发光敏性单体或/和光敏性聚合物快速交联形成固化物的过程被称为紫外光固化。紫外光固化材料具有高效、节能、环保的特点,目前已广泛应用于涂料、油墨、粘合剂、印刷线路板、信息技术和生物医学等领域。目前为止,国内外出现的主要紫外光固化聚合物材料中,环氧丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯是最主要的两类。环氧丙烯酸酯光固化材料具有优异的物理机械性能、粘结性、耐腐蚀性;聚氨酯丙烯酸酯光固化材料具有优异的耐磨性、柔韧性,耐高、低温性,耐冲击性和附着力。但这两类光固化材料都具有高的表面能,不能满足防污、生物医学及电子器材等高端领域对材料的一些特殊要求。  有机硅氟聚合物具有耐热、耐腐蚀、憎水憎油、电绝缘、低摩擦系数及生物相容、不易燃等多种优异性能,因此,利用有机硅氟聚合物改性环氧丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯,可以有效结合各材料的优点,改良材料性能,正成为光固化材料研究领域的发展方向。  本文通过自由基聚合及缩聚等基础的合成方法,对分子结构进行改良设计,制备基于聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯的紫外光固化预聚物,并设计合成含硅氟的功能性预聚物,将其引入到聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯等预聚物组分中,得到功能性的紫外光固化材料,通过采用DSC、TGA、EDS、SEM、机械性能试验、表面接触角和吸水率等测试手段研究了所得到的光固化材料的性能。具体研究内容和结果如下:  1、合成了光固化聚氨酯(SPU)及光固化聚氨酯丙烯酸酯(PUA),并将两者制备成光固化体系,经紫外光照射得到透明的薄膜。性能测试表明:PUA薄膜与纯聚氨酯薄膜相比,与水及乙二醇的接触角数值较小,表面能更低,吸水率减小、热稳定性提高。  2、合成了3种分子量的链端含活性羟基的有机氟聚合物,将其引入链端含双键的聚氨酯,制备得到光固化体系,经紫外线照射得到固化薄膜,研究了在不同链转移时间下合成的3种不同分子量的有机氟聚合物对聚氨酯固化薄膜的影响。结果显示:3种不同分子量的均能提高固化薄膜空气界面的接触角,降低表面能。对固化薄膜断裂截面的观察显示,含氟链段的引入造成了一定程度的相分离,且薄膜表面的相分离现象更为突出。其中,含较长氟链段的薄膜相分离程度相对较低。  3、利用八氟-1-戊醇将聚氨酯的一端进行封端,用其改性聚丙烯酸酯并制备紫外光固化体系(FPUA),经紫外线照射得到一系列固化物薄膜。对固化膜的研究表明:引入有机氟结构之后,光固化后FPUA材料的折射率升高,热性能得到提高;断裂截面的SEM图片及接触角测试结果表明,含氟链段迁移至材料空气面,起到降低表面能的作用。  4、合成了端基含有双键的有机硅聚合物(MATSi),将其与端基含有双键的丙烯酸酯聚合物(PA)复合并制备了OSPA光固化体系,经紫外线照射得到复合薄膜。对薄膜的研究结果显示:加入少量的MATSi(2wt%)能够明显提高聚丙烯酸酯体系的表面疏水行为,薄膜对水和乙二醇的接触角增大。薄膜淬断后的截面微观形貌表明,含硅链段有效的迁移到薄膜的表面,其结果与接触角测试结果一致,含硅聚合物的引入使得复合膜热失重温度升高,提高了复合膜的热稳定性。  5、分别合成了端基含有双键的双酚A型环氧甲基丙烯酸酯和端基含有双键的脂环族环氧甲基丙烯酸酯,并将有机硅聚合物MATSi与其分别复合得到双酚A环氧光固化体系和脂环族环氧光固化体系,经紫外线照射得到复合薄膜。对薄膜的研究结果显示:随着硅含量的增加,固化物薄膜对水及乙二醇的接触角数值增大,表面能降低,柔韧性提高,热稳定性增强。薄膜淬断后的截面微观形貌表明,MATSi的添加量在10%以下时,有机硅与环氧树脂的复合体系未出现宏观相分离,裂纹尾部硅球结构的出现有利于分散应力,减少脆性,提高机械性能。MATSi的添加量在4%以下时,复合固化膜的透光率没有明显变化,少量含硅聚合物的加入没有影响复合膜的透光性。  6、合成了侧链含有双键的有机氟乳液和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性的纳米二氧化硅乳液,由于硅氟具有较低的表面能和优良表面性能,用其对其他聚合物乳液进行复合将得到较理想的效果。对其初步研究发现,含氟乳液和改性后的纳米二氧化硅硅乳液在水相中具有良好的分散性。
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