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含氟丙烯酸酯聚合物具有优良的热稳定性、化学稳定性、高表面活性及疏水疏油性而广泛应用于工业生产和生活消费领域。但在长期的使用过程中,人们逐渐发现长氟碳链化合物在自然界中容易氧化降解生成对应的全氟羧酸和全氟磺酰化物(如全氟辛酸PFOA、全氟辛基磺酰氟PFOS)等环境污染物。随着人们对这类问题的关注,长氟碳链聚合物的应用受到越来越多的限制,并逐渐被禁用。利用短氟碳链聚合物来替代长氟碳链聚合物虽然解决了环保问题,但要通过增加用量来达到长氟碳链聚合物的拒水拒油性能,毫无疑问,这就增加了成本。因此,通过含氟聚合物的结构设计,制备既满足环保要求,又具有优异的拒水、拒油性能的环保型含氟聚合物具有重要的理论和实际意义。本文设计合成了一种具有“伞形”结构的环保型含氟聚合物,其中由于多个氟碳链的存在,形成“伞形”结构,空间位阻增加,使氟链能稳定覆盖于表面,起到有效的屏蔽作用;同时,多个氟链的存在,可有效提高表面的含氟量,从而提高整个聚合物的拒水拒油性能。 首先以乙烯基三氯硅烷与全氟己基乙基醇反应,合成了具有“伞形”结构的含氟单体。利用合成的单体与其他丙烯酸酯类单体进行共聚,对“伞形”结构单体用量、温度、引发剂、乳化剂等对乳液聚合反应的影响进行了系统研究。随含氟单体用量的增加,乳液聚合速率和乳液稳定逐渐降低,在含氟单体用量为20wt%,聚合温度为75℃,引发剂用量为0.6 wt%,乳化剂用量为6wt%条件下具有较高的单体转化率和较低的凝胶率,制备的乳液具有较好的稳定性。由于“伞形”结构的引入,乳化剂的用量要比传统的含氟丙烯酸酯聚合物高。 将“伞形”结构的环保型短链含氟丙烯酸酯聚合物与传统的全氟己基乙基丙烯酸酯聚合物进行对比,研究了“伞形”结构的引入对乳胶膜拒水拒油性能的影响。结果表明,在总氟含量相同的条件下,含氟单体用量从20 wt%增加到60wt%的过程中,“伞形”结构含氟单体制备的乳胶膜对水的接触角始终比全氟己基乙基丙烯酸酯制备的乳胶膜高;对含氟单体用量为40 wt%的乳胶膜分析发现,乳胶膜表面的氟含量高5.1%,同时其吸水率要低11.1%,说明“伞形”结构的引入确实可以在一定程度上增加含氟基团在乳胶膜表面的聚集,提高乳胶膜的拒水性能。 另一方面以N-羟甲基丙烯酰胺(NMA)为交联单体,对含氟聚合物进行了改性研究。研究了NMA用量对单体转化率、凝胶率、乳液稳定性及乳胶膜性能的影响,结果表明,功能单体NMA对“伞形”结构含氟单体乳液聚合的影响规律与传统含氟丙烯酸酯相同。