氟硅丙烯酸聚氨酯疏水涂层的构效关系研究

氟硅丙烯酸聚氨酯疏水涂层的构效关系研究针对丙烯酸树脂存在的一些缺陷,人们常采用共聚、接枝、交联和共混等方法对其进行改性,进而得到高性能的丙烯酸树脂。

有机氟树脂和有机硅树脂具有优异的疏水性、耐腐蚀性、耐低温性、热氧化稳定性和防粘性等性能。

纳米SiO2(nano-SiO2)独特的纳米效应使其具有很多优异的性能,而被广泛应用于功能涂料领域。

本论文以丙烯酸酯类单体、端乙烯基硅化合物、有机氟单体和nano-SiO2等为原料,采用自由基聚合法合成氟硅丙烯酸树脂,再与异氰酸酯类固化剂交联制备疏水涂层。

具体内容如下:1、利用硅烷偶联剂(Kh570)对nano-SiO2进行改性后,与丙烯酸类单体通过溶液自由基聚合法合成nano-SiO2/含氟丙烯酸树脂(SiO2-FPEA),再与异氰酸酯交联固化,制备nano-SiO2/含氟丙烯酸聚氨酯(SiO2-FPAU)涂层。

通过红外光谱、扫描电镜、热重分析、力学性能测试和耐老化性能测试等手段,对涂层的结构和性能进行分析。

结果表明,所制备的SiO2-FPAU涂层具有很好的疏水性,nano-SiO2可以在涂层表面形成微纳米的粗糙结构;三维交联网状结构的SiO2-FPAU涂层可以赋予涂层更好的力学性能、耐水性、耐化学试剂性、热稳定性和耐老化性,经化学溶液长时间浸泡后不产生明显的外观缺陷,人工老化720 h后失光率低于30.0%。

2、以含有羟基、羧基、烷基或含氟烷基的丙烯酸酯以及端乙烯基硅化合物为单体,通过乳液自由基聚合法得到了水性氟硅丙烯酸树脂(WFSiPA)乳液,再与水性异氰酸酯固化剂混合制备双组份涂料。

主要研究了反应温度、引发剂用量、乳化剂用量、功能单体用量对聚合反应和乳液性能的影响,以及有机氟、有机硅单体和固化剂对涂层性能影响。

结果表
明,乳液聚合适宜条件为:温度在75℃～80℃之间,引发剂为0.4%～0.6%,乳化剂用量为3.5%,丙烯酸为3.0%,有机硅单体不超过7.0%,有机氟单体不超过16.0%。

在乳液成膜的过程中,有机氟、有机硅链段向表面迁移富集,使涂层的表面能降低。

在乳液中加入固化剂后可以显著提高涂层的耐水性、耐溶剂性、硬度和附着力等。

本文制备的氟硅丙烯酸聚氨酯疏水涂层综合性能良好,在疏水涂料领域具有广阔的应用前景。