[发明专利]反应性氟硅疏水疏油高分子材料的制备与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一类氟硅高分子材料的制备，以及它作为疏水疏油材料的应用。

背景技术

疏水疏油材料由于其重要的应用价值和广阔的应用前景而倍受关注。材料疏水疏油通过固体表面的润湿性来反映，而固体表面的润湿性由其化学组成和微观几何结构共同决定。要制备疏水疏油材料主要是要制备低自由能固体表面，首先要寻找低表面自由能的物质，人们通过长期研究发现，硅氧烷和含氟材料是两类表面能极低的材料。有机硅材料兼有无机物和有机物的性能，由于其独特的结构具有良好的耐高低温(-60-300℃)、耐紫外线、耐氧化降解、电绝缘性能、阻燃性和憎水憎油性等性能，使之成为制备低自由能固体表面的通常选择。而含氟材料的表面能比硅氧烷低10mN/m左右，具备其他材料所没有的独特性能，如极低的表面能，优越的耐热性、耐候性、耐化学药品性等，因而受到广泛重视。但随着工业技术的不断发展，有机氟材料逐渐暴露出耐低温性差的缺点，有机硅材料存在耐化学介质差等缺陷。如果把氟硅有机结合，则可设计出性能优异的新型材料，不但可以保持有机氟材料耐候耐老化、耐溶剂和油等优异性能，同时还兼具耐热性、耐寒性和具有更低的表面能性能。赋予这种氟硅材料与含羟基表界面的反应性，将能显著提高这种疏水疏油材料对固体的粘接强度，使之可以广泛应用于玻璃、棉纤维等固体表面的化学改性，使之具有防雾、防水、防油、自净、润滑等功效。

发明内容

本发明目的旨在提供一类反应性氟硅疏水疏油高分子材料及制备方法和应用

本发明在充分依据制备低自由能固体表面的原则和方法的前提下，通过一系列实验，设计合成一系列含氟单体[N-烯丙基全氟丁基磺酰胺(AFA，单体1)，N-甲基-N-烯丙基全氟丁基磺酰胺(MAFA，单体2)，N，N-二烯丙基全氟丁基磺酰胺(DAFA，单体3)，烯丙基全氟(2-异丙基-1，3-二甲基-1-丁烯基)醚(FOA，单体4)，4-全氟(2-异丙基-1，3-二甲基-1-丁烯基)氧苯乙烯(FOSt，单体5)]，使之分别与乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)或乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)通过自由基溶液聚合反应得到含全氟烷基和硅氧烷基的反应性氟硅高分子。这些对表面羟基具有反应性的氟硅高分子溶液，可以通过化学键吸缚于含羟基的基片(玻璃、滤纸和棉布等)表面成膜，得到具有良好疏水疏油性的玻璃、滤纸和棉布等材料。

本发明的一类反应性氟硅高分子材料，其特征在于，其高分子含有全氟烷基和反应性的硅氧烷基，该材料由不饱和的含氟单体与不饱和的含硅氧烷单体通过自由基共聚而成，其中，所述的不饱和的含氟单体为：N-烯丙基全氟丁基磺酰胺、N-甲基-N-烯丙基全氟丁基磺酰胺、N，N-二烯丙基全氟丁基磺酰胺、烯丙基全氟(2-异丙基-1，3-二甲基-1-丁烯基)醚、4-全氟(2-异丙基-1，3-二甲基-1-丁烯基)氧苯乙烯或者全氟辛基乙烯；

所述的不饱和的含硅氧烷单体为：乙烯基三甲氧基硅烷或者乙烯基三乙氧基硅烷。

本发明的反应性氟硅高分子材料的制备方法，其特征是，不饱和的含氟单体与不饱和的含硅氧烷单体以摩尔比1∶2至2∶1的比例混合，以溶剂环己烷、石油谜或汽油做溶剂，用过氧化叔丁基、过氧化苯甲酰或偶氮二已丁腈为引发剂，在氮气保护下于80-180℃反应2天，去溶剂后纯化得到。

本发明的反应性氟硅高分子材料制备膜的方法，其特征是，反应性氟硅高分子在含羟基的固体表面形成自组装高分子薄膜，所述的含羟基的固体表面材料包括玻璃、纸张和棉布，其操作是将含羟基的固体表面材料的基片包括玻璃、纸张或棉布浸入反应性氟硅高分子材料的溶液中，室温组装1-2天或50℃下组装1-2小时，取出用大量的去离子水漂洗，室温干燥，在100℃下真空干燥0.5-4小时，即制得相应的薄膜。

本发明的反应性氟硅高分子材料的应用，通过反应性氟硅高分子材料修饰固体材料表面，使其具有良好疏水疏油特性。应用反应性氟硅高分子材料对玻璃、纸张或棉纤维材料固体表面进行化学改性，使之具有防雾、防水、防油、自净和润滑功效。

附图说明

图1a、b分别为P₂(AFA-co-VTES)组装到滤纸上水和二碘甲烷的接触角照片：

图2c、d分别为P₂(AFA-co-VTES)组装到棉布上水和二碘甲烷的接触角照片：

具体实施方式

实施例1

N-烯丙基全氟丁基磺酰胺(AFA，单体1)的制备