聚硅氧烷嵌段共聚物合成及表面性能研究

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聚硅氧烷嵌段共聚物既保留了聚硅氧烷的耐高低温性、耐候性、脱模性、疏水性、生理惰性等,又赋予其新的特性,如对有机聚合物的相容性、耐溶剂性、耐腐蚀性等,因此引起人们极大的研究兴趣。本论文采用不同方法合成了不同的聚硅氧烷嵌段共聚物,探讨了合成方法和条件,并对聚硅氧烷嵌段共聚物薄膜的表面浸润性进行了研究,主要工作及结果如下:   1.设计合成了含不同硅氧链长的α,ω-二羟丙基聚硅氧烷,并以其和二酸为原料,首次以酶催化的方法合成了聚硅氧烷-聚酯共聚物,并对产物进行了表征。从产物的NMR谱图可以看出,酶催化法避免了传统化学催化法中发生的硅氧链的降解,产率较高(>90%)。通过用GPC检测反应过程,研究了反应物链长、反应温度、除水方法等对产物分子量的影响。结果表明,无论是α,ω-二羟丙基聚硅氧烷还是二酸,随着链长的增加其疏水性增加,有利于缩聚平衡反应,因此长链的反应物易得到高分子量的产物。另外,对于该反应体系,低的反应温度有利于产物分子量的提高(50℃>70℃>90℃)。此处,我们采用了减压除水和分水器除水两种方法,实验结果表明,采用分水器除水法得到的聚合物分子量较高。我们采用TG、DSC对得到的聚硅氧烷-聚酯共聚物的热性能进行了初步分析。结果表明,聚硅氧烷的存在使得共聚物的耐热性增加,且硅氧链段长度越大,共聚物的耐热性越好;聚硅氧烷的存在使得共聚物具有较低的Tg,且硅氧链段越长,共聚物的Tg越低。   2.首先通过酯化反应分别合成了二丙烯酸二甘醇酯和丙二酸二烯丙醇酯,并对其结构进行表征。又用H2PtCl6·6H2O制备了三种硅氢加成的铂催化剂:催化剂Ⅰ(即Speier催化剂)、催化剂Ⅱ和催化剂Ⅲ。然后分别以α,ω-二氢聚硅氧烷和二丙烯酸二甘醇酯或丙二酸二烯丙醇酯为原料,通过硅氢加成反应合成了相应的聚硅氧烷-二甘醇酯共聚物和聚硅氧烷-丙二酸酯共聚物并对其结构进行了表征。探讨了反应温度、投料方式、溶剂、催化剂、催化剂的加入方式等对该体系的硅氢加成反应的影响。研究表明,反应温度为60℃的本体反应,以催化剂Ⅰ进行催化,两种反应物一起投料,升至反应温度后再加入催化剂的反应条件最为合适。   3.通过含有不同硅氧链长的α,ω-二氢聚硅氧烷与烯丙基缩水甘油醚的硅氢加成反应,合成了α,ω-缩水甘油醚氧基丙基聚硅氧烷,并对其结构进行了表征。利用环氧基与酚羟基的反应,以α,ω-缩水甘油醚氧基丙基聚硅氧烷和双酚A为原料合成了主链上连有侧羟基的聚硅氧烷嵌段共聚物P(ETPDMS-co-BPA),并对其结构进行了表征。   4.制备了所合成的几种聚硅氧烷嵌段共聚物的薄膜,研究了共聚物分子结构和制备条件对薄膜表面浸润性的影响,并制备了稳定的在全pH值范围具有超疏水性能的表面和具有超疏水/超亲油性能的油水分离网膜。研究表明,聚硅氧烷-聚酯共聚物薄膜是疏水膜,起始浓度对膜的浸润性影响不大,随着固化温度的升高,膜的疏水性略有增强。α,ω-缩水甘油醚氧基丙基聚硅氧烷薄膜基本上是亲水膜,固化温度越高,疏水性越强。P(ETPDMS-co-BPA)共聚物薄膜疏水性较强,而且较高的起始浓度,较低的固化温度,以甲苯或THF为溶剂,有利于疏水性的提高。P(ETPDMS-co-BPA)共聚物薄膜具有很好的耐热性、耐溶剂性和高的透明性。利用P(ETPDMS-co-BPA)共聚物和激光刻蚀的硅片制备了一种新的超疏水表面,其超疏水性是由P(ETPDMS-co-BPA)共聚物薄膜本身的疏水性和粗糙表面的微观结构共同作用而成。该表面在全pH值的范围内都具有超疏水的性质,而且具有非常好的耐热性,在300℃空气气氛中加热12小时仍保持其超疏水性。另外,该表面还具有耐溶剂性和耐酸碱腐蚀性。通过将P(ETPDMS-co-BPA)共聚物薄膜包覆在尼龙布上得到了一种全新的具有超疏水/超亲油性能的网膜。结果表明,P(ETPDMS-co-BPA)共聚物薄膜本身的疏水/亲油性能、网膜表面的微米和纳米级的微观结构是其具有特殊浸润性的重要原因。该网膜制备方法简单,原料不含氟且廉价,经实验证明,可有效地进行油水分离。我们制备的超疏水表面和超疏水/超亲油的油水分离网膜有望在实际中得到应用。
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