环境友好含氟丙烯酸酯共聚物的合成及在石材防护上的应用

论文摘要

石材易受外来液体（雨水,砂浆,油污等）侵入产生色渍、锈斑、白华等“病变”,而严重影响其使用价值。目前常见的石材防护剂多为有机硅材料,其能渗透到石材微孔内部与石材有机结合,疏水性能很好,但因不耐油污的缺点限制了单纯有机硅材料的使用。含氟聚合物能够赋予石材良好的疏水疏油性和耐候特性,但是与石材结合力较差；如何通过分子设计和工艺优化制备环境友好的含氟含硅石材防护剂是本文需要解决的关键问题。本文首先以短链全氟烷基磺酰氟为原料,经胺化、醇化、酯化反应制得了环境友好的短氟碳链全氟烷基丙烯酸酯单体（简称CnSA, n=4 or 6）;以CnSA为主要单体,3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH-570）和丙烯酸十八酯（SA）为共聚单体,采用溶液聚合方式合成得到含氟共聚物溶液。研究了聚合参数对转化率的影响以及共聚物在溶剂中的溶解性能,利用FT-IR/1H-NMR/GPC表征了共聚物结构,利用表面张力仪测定了共聚物膜的表面性能,考察了所合成的共聚物对饰面石材表面的防护作用。结果表明：全氟烷基磺酰氟经三步反应可以制得含氟单体,总摩尔收率在70%左右。在共聚物P（CnSA/SA/KH-570）的合成中,优化反应温度、反应时间及引发剂加入方式可以使单体的转化率达到97%以上,共聚物在溶剂中的溶解性与溶剂极性有关,通过改变链转移剂的用量可以调节共聚物的分子量大小。共聚物膜具有较低的表面能,且疏水疏油性能随氟碳链长及氟代丙烯酸酯的含量增加而逐渐升高；共聚物溶液能够渗透进入石材内部,经其处理后的饰面石材具有良好的耐油污特性,共聚物在酸碱条件下较为稳定,引入KH-570加强了共聚物涂层对基材的附着力,并提高了耐水及耐酸碱的特性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 前言
• 第1章 文献综述
• 1.1 含氟聚合物
• 1.1.1 含氟聚合物概述
• 1.1.2 含氟聚合物的表面性能
• 1.1.3 含氟丙烯酸酯材料的结构及性能研究进展
• 1.2 石材及石材的表面处理
• 1.2.1 石材的分类
• 1.2.2 石材的组成与性质
• 1.2.3 石材的常见"病变"及分类
• 1.2.4 石材防护剂及其主要类型
• 1.3 含氟聚合物对石材表面处理的研究进展
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 短链含氟单体及共聚物的合成与结构表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 药品与试剂
• 2.2.2 主要实验仪器
• 2.2.3 含氟单体的合成与结构表征
• 2.2.4 含氟共聚物的合成与结构表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 含氟单体的合成与结构表征
• 2.3.2 聚合工艺与反应条件讨论
• 2.3.3 共聚物的分子量分布
• 2.3.4 共聚物的结构表征
• 2.4 小结
• 第3章 含氟丙烯酸酯共聚物的表面性能及其石材防护特性
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料及处理
• 3.2.2 共聚物的合成及后处理
• 3.2.3 共聚物的静态接触角和表面自由能
• 3.2.4 共聚物的石材防护特性测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 共聚物的表面性能
• 3.3.2 共聚物的石材防护性能
• 3.4 小结
• 第4章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 附录