文档介绍：含氟硅氧烷改性聚氨酯的合成及表面性能*基金项目:国家自然科学基金资助项目(20576117)
收到初稿日期:2008-11-20 通讯作者:罗振寰
作者简介:罗振寰(1983−),男,江西余干人,博士,从事功能高分子材料合成及性能研究。
罗振寰,黄自华,宋传江
(株洲时代新材料科技股份有限公司,株洲 412007)
摘要: 以单端含两个羟烃基的聚三氟丙基硅氧烷(PMTFPS)为软段,聚己内酯(PCL)为混合软段,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为主要原料合成了一系列侧链接枝型含氟硅氧烷改性聚氨酯,并通过静态接触角、XPS、AFM等分析手段对其进行了测试表征。结果表明:含氟硅氧烷能有效降低聚氨酯的表面能,加入少量的硅氧烷,便可使得其水接触角达到110°;含氟链段在表面形成了明显的富集,表面为单一氟硅链段富集层,并无出现聚氨酯常见的软硬段微相分离形貌。
关键词: 聚氨酯;含氟硅氧烷;表面性能;微相分离
中图分类号:) 文献标识码:A
1 引言
聚氨酯( PU) 具有优良的耐磨性能、韧性、耐疲劳性,是一类用途广泛的工程材料. 然而其表面性能、耐老化性、耐沾污性不好,限制了它的进一步应用[1]。
将有机硅、有机氟功能链段引入其它高分子结构中,因在分子中引入了键能较大的Si-O键和C-F键,可以赋予产品极低的摩擦系数,良好的湿润渗透性,耐候性,憎水和憎油性,并有优良的电气性能等;所形成的涂膜有着耐腐蚀,自洁性等优良特性,在高层建筑,汽车,机电设备等装饰和防腐领域有着独特的优势[2-6]。
本文在聚氨酯软段中同时引入氟、硅元素,用1,3,5-三甲基-1,3,5-三(3’, 3’, 3’-三氟丙基)环三硅氧烷(F3)开环得到聚三氟丙基甲基硅氧烷(PMTFPS),采用PDTFPS与PCL为混合软段与IPDI反应,硅烷偶联剂KH550固化剂固化,得到了含氟硅氧烷改性聚氨酯。通过接触角、XPS、AFM并对改性前后聚氨酯的表面性能及表面形貌进行测试表征,发现改性后聚氨酯材料具有较低的表面能,防水防污性能极佳,含氟硅氧烷链段在聚氨酯表面形成了富集。
2 试验
主要原料与试剂
异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI,BASF);聚己内酯(PCL,Soviet) :Mn=1000,110 ℃抽真空脱水1 h;聚三氟丙基甲基硅氧烷(PMTFPS),自制[7],结构如图1所示,110 ℃抽真空脱水1h;氨丙基三乙氧基硅烷(APTES,杭州大地化工公司)。二月桂酸二丁基锡(DBTDL,上海试剂一厂)。
图 1 聚三氟丙基甲基硅氧烷化学结构式
Fig. 1 Chemical structure of PMTFPS
在装有搅拌浆、冷凝管、温度计和氮气吹扫管的四口烧瓶中,加入计量的IPDI、PMTFPS,DBTDL (%),干燥N2保护下于80℃反应3 h。随后再加入PCL,控制总的NCO/,继续反应3h后加入APTES进行扩链得到产物。
合成产物溶剂稀释到5wt%,均匀涂在洁净玻璃片上,80℃下真空干燥24h,随后在空气中110℃干燥24h,得到平整的共聚物薄膜供测试。
接触角
共聚物膜的静态和动态接触角通过CAM200 (KSV Co.,