超支化聚(二羟甲基丁酸-叔碳酸缩水甘油酯)及其超疏水涂层的结构与性能

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超支化聚二羟甲基丁酸具有大量的羟基,但是超支化聚二羟甲基丁酸缺乏疏水功能团,使其在涂层领域中应用受到限制。采用对端羟基改性的方法,将叔碳酸缩水甘油酯结构引入到超支化聚二羟甲基丁酸中,能够进一步扩展其在超疏水涂层领域中的应用。因此,本文采用自缩合和开环反应的原理合成了一系列超支化聚(二羟甲基丁酸-叔碳酸缩水甘油酯),提出了一种利用nano-SiO2和超支化聚合物聚(二羟甲基丁酸-叔碳酸缩水甘油酯)作为粘结剂制备超疏水涂层的新方法。(1)合成了超支化聚二羟甲基丁酸和超支化聚(二羟甲基丁酸-叔碳酸缩水甘油酯),并对其结构进行了表征。首先研究了反应时间对超支化聚二羟甲基丁酸的平均支化度的影响,由13C NMR分析发现在反应时间为2.5h时平均支化度具有最高值0.67。随后采用不同用量的叔碳酸缩水甘油酯对平均支化度最高的超支化聚二羟甲基丁酸进行封端改性,制备了一系列叔碳酸缩水甘油酯含量不同的超支化聚(二羟甲基丁酸-叔碳酸缩水甘油酯)树脂,并与IPDI三聚体制备双组分聚氨酯涂层。研究发现涂层均具有良好的附着力及铅笔硬度,且在羟基与叔碳酸缩水甘油酯摩尔比为1:4时,涂层接触角达到最大值94°。(2)合成了超支化聚(三羟甲基丙烷-二羟甲基丁酸)和超支化聚(三羟甲基丙烷-二羟甲基丁酸-叔碳酸缩水甘油酯),并对其结构进行了表征。由13C NMR分析得到超支化聚(三羟甲基丙烷-二羟甲基丁酸)的平均支化度()为0.69。随后采用不同用量的叔碳酸缩水甘油酯对平均支化度最高的超支化聚二羟甲基丁酸进行封端改性,制备了一系列超支化聚(三羟甲基丙烷-二羟甲基丁酸-叔碳酸缩水甘油酯)树脂,并与IPDI三聚体制备双组分聚氨酯涂层。研究发现涂层均具有良好的附着力及铅笔硬度,且在羟基与叔碳酸缩水甘油酯摩尔比为1:3时,涂层接触角达到最大值90°。(3)通过13C核磁共振、红外光谱、水接触角、扫描电镜、原子力显微镜对超支化聚(二羟甲基丁酸-叔碳酸缩水甘油酯)的结构进行了表征,并对涂层的表面形貌和元素分析进行了表征,所得超疏水涂层的水接触角为169.7°,耐酸性、碱性和中性介质优异,采用嵌入法制备了超疏水表面,即使经过100次砂磨和刀刻,涂层表面仍保持其疏水性。用该方法制备的涂层的附着力和机械稳定性均优于采用混合法制备的涂层,该方法具有许多优点。将nano-SiO 2粒子嵌入聚(di-MBA-TM10)表面,使涂层具有较高的超疏水性和较好的耐久性。涂层表面粗糙度均匀,有针状物,具有二元微纳结构。用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和XPS对涂层表面形貌和化学元素组成进行了研究。该方法给出了表面优良的超疏水涂层,而混合法产生结构不均匀的表面和有裂纹的涂层。表面粗糙度的均匀性是获得超疏水性的另一个关键因素。其机理可能是纳米SiO 2团聚体构成了粗糙表面,对超疏水性有协同作用。
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