乙烯基三甲氧基硅烷改性氟碳树脂的研究
发布时间：2023-02-06 14:28:32 来源：文档文库
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第４５卷第１５期 ２０１７年８月 广州化工 Ｖｏ１．４５ Ｎｏ．１５ Ａｕｇ．２０１７ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ 乙烯基三甲氧基硅烷改性氟碳树脂的研究 翁莉，徐丹 ２１１１７１） （南京晓庄学院环境科学学院，江苏 南京摘 要：选取有机硅单体乙烯基三甲氧基硅烷对氟碳树脂进行改性，考察有机硅单体的含量对树脂硬度、耐沾污性以及耐 热性能的影响。用傅立叶变换红外光谱仪、热失重分析仪等对改性树脂的结构、耐热性进行表征 利用测厚仪、硬度计、光学接 触角测试仪对改性树脂的应用性能进行表征。结果表明，在一定范围内，乙烯基三甲氧基硅烷改性氟碳树脂使其力学性能和抗沾 污性均得到提升，ｍ ：ｍ ，，＝１０：４时具有最佳的力学性能和抗沾污性。 关键词：有机硅单体；氟碳树脂；力学性能；抗沾污性 中图分类号：ＴＱ６３０．４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１—９６７７（２０１７）１５—００７９—０３ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ Ｒｅｓｉｎ ｗｉｔｈ Ｖｉｎｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ ＷＥＮＧ Ｌｉ，ＸＵ Ｄａｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｘｉａｏｚｈｕａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｎａｎｊｉｎｇ ２１ １ １７１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： ｒｈｅ ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ ｒｅｓｉｎ ｗａｓ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｂｙ ｖｉｎｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｍｏｎｏｍｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ，ｔｈｅ ｓｔａｉｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｍｏｄｉｉｅｄ ｒｅｓｉｎ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｈｅａｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｒｅｓｉｎ ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏＤＹ ａｎｄ ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｉｎｅｔｉｃ ｒａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｉｉｆｅｄ ｒｅｓｉｎ ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｇａｕｇｅ，ｈａｒｄｎｅｓｓ ｔｅｓｔｅｒ ａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｇｌｅ ｔｅｓｔｅｒ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｓｔａｉｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ ｒｅｓｉｎ ｗｅｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｉｎ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｒａｎｇｅ．Ｔｈｅ ｍｏｄｉｉｆｅｄ ｒｅｓｉｎ ｈａｄ ｏｐｔｉｍａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｓｔａｉｎ ７１＝１０：４． ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍＦ ：ｍ＾１一Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｏｒｇａｎｏｓｉｌｉｃｏｎ ｍｏｎｏｍｅｒ；ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ ｒｅｓｉｎ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｓｔａｉｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ 有机氟和有机硅树脂是近年来发展较快的涂料用高分子成 膜物质。由于氟原子电负性高、原子半径小、化学键能大 （４８６ ｋＪ／ｔｏｏ１），所以含氟聚合物具有耐候性、耐化学品性、耐 沾污等优异性能，常被用作户外涂料从而得到迅速发展 。 有机硅树脂中的ｓｉ—ｏ键能也比较大（４５１ ｋＪ／ｍｏ１），具有表面张 力小、表面能低等特性，使涂层具有优异的疏水性，其涂膜同 样具有优异的耐热、耐寒、耐潮湿、耐候、耐沾污及耐化学腐 蚀等性能 。但是，有机硅树脂的成膜性能较差，固化温度 电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；ＨＨ一４数显 恒温水浴锅，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；ＡＵＹ２２０分 析天平，岛津公司；ＪＪ一１精密定时电动搅拌器，江苏省金坛市 荣华仪器制造有限公司；ＤＥ一１０１Ｚ集热式恒温加热磁力搅拌器， 郑州长城科工贸易有限公司；ＳＴ４０９ＰＣ热分析仪，德国Ｎｅｔｚｓｃｈ； Ｎｅｘｕｓ６７０型ＦＨＲ红外光谱仪，美国Ｎｉｃｏｌｅｔ；５０１型硬度计，英 国Ｅｌｃｏｍｅｔｅｒ；ＯＣＡ２０型视频光学接触角测试仪，德国ＤＡＴＡ ＰＨＹＳＩＣＳ；ＤＵＡＬＳＣＯＰＥ ＭＰＯＲ型测厚仪，德国Ｆｉｓｈｅｒ。 比较高，对底材的附着力较差 。许多研究者从降低成本的 角度考虑，把有机硅添加到氟碳树脂中，增强了涂层的耐冲击 性和硬度 。将氟和硅有机地结合在一起，发挥各自的优势， 开发出综合性能优异的新材料，已成为材料领域新的热点课 题。本实验选用有机硅单体乙烯基三甲氧基硅烷（Ａ一１７１）对氟 １．２主要试剂 ＪＥ－２Ｘ氟碳树脂，东氟化工；Ａ一１７１乙烯基三甲氧基硅 烷，国药集团化学试剂有限公司；ＤＹ一１２二月桂酸二丁基锡， 天津市光复精细化工研究所；乙酸乙酯（分析纯），国药集团化 学试剂有限公司；六亚甲基二异氰酸酯（ＨＤＩ），上海晶纯生化 科技股份有限公司。 碳树脂进行化学改性，考察改性后对树脂性能的影响。 １ 实验 １．３实验方法 有机硅单体乙烯基三甲氧基硅烷（Ａ一１７１）对氟碳树脂进行 改性过程如下：将有机硅单体、氟碳树脂、乙酸乙酯，按照比 例进行配制并加入到装有搅拌器、温度计、冷凝管的２５０ ｍＬ １．１ 主要仪器 三口烧瓶、温度计、烧杯、一次性杯子、铝片。 基金项目：２０１５年江苏省大学生实践创新训练计划项目（２０１５１１４６００４６Ｘ）。 第一作者：翁莉（１９９４一），女，本科生。 通讯作者：徐丹（１９８３－），女，讲师，从事光电功能材料方向。
８０ 广州化工 ２０１７年８月 的三口烧瓶中进行反应，并于恒温油浴锅８Ｏ℃中进行搅拌 ３０ ｍｉｎ，加入－－ｆｌ桂酸二丁基锡和水在１１０ ｃｃ下搅拌４ ｈ，冷却 至室温，加入ＨＤＩ搅拌３—５ ｍｉｎ均匀涂抹在铝片上，置入烘箱 图１为Ａ一１７１改性氟碳树脂的红外谱图。１２４０ ｃｍ 处为 Ｃ—Ｆ基团的特征吸收峰，１０９４ ｃｍ 出现的强吸收峰是Ｓｉ—Ｏ—Ｓｉ 的伸展振动峰，８５０ ｅｍ 是ｓｉ—ｃ键的伸缩吸收峰。随着有机硅 里６Ｏ℃下保温６ ｈ，具体配方及树脂颜色如表１所示。 表１ Ａ－１７１有机硅单体改性氟碳树脂配方及树脂颜色 Ｔａｂｌｅ １ Ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ ｒｅｓｉｎ ｍｏｄｉｉｆｅｄ ｂｙ ｏｒｇａｎｏｓｉｌｉｃｏｎ ｍｏｎｏｍｅｒ Ａ一１７１ ２结果与讨论 ２．１反应机理分析 乙烯基三甲氧基硅烷（Ａ一１７１），结构式为为ＣＨ２＝ＣＨＳｉ（ＯＣＨ３）。， 遇水在催化剂的条件下会发生水解反应生成Ｓｉ—ＯＨ，Ｓｉ—ＯＨ之 间或者与Ｓｉ—Ｏ—ＣＨ 会发生脱水或是脱醇缩合反应，形成交联 结构；同时Ｓｉ—ＯＨ和Ｓｉ—Ｏ—ＣＨ 也会与氟碳树脂中的一ＯＨ和一 ＣＯＯＨ发生反应，与氟碳树脂发生化学改性； Ａ一１７１中的双键不容易断键发生反应ｌｌｏ］。从表１中可知在 Ａ一１７１含量较低时，树脂颜色透明，能够形成均匀膜层，说明 通过化学改性其相容性较好，有机硅单体中的反应性官能团与 氟碳树脂中一ＯＨ和一ＣＯＯＨ发生化学反应。当ｍ ：ｍ＾＿】 ＝ １０：６，有机单体含量增加，水解反应加剧，有机硅单体自身 发生水解缩合速度过快，体系粘度迅速上升，反应控制较困难， 与氟碳树脂上的基团无法充分反应，树脂颜色发白，不能够形 成均匀透明膜层。所以主要考察ｍ ：ｍ 。的比例为１０：１、 １０：２、１０：４时有机硅单体改性树脂的性能。 ２．２红外谱图分析 Ｗ８Ｖｅｎｕｍｂｅｒ／ｃｍ一 图１有机硅单体Ａ一１７１改性氟碳树脂的红外图谱 Ｆｉｇ．１ Ｉ 