發(fā)布時間：2018-03-10 07:45

  本文選題：聚乙烯醇　切入點：氟化改性　出處：《太原理工大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：聚乙烯醇(PVA)是一種重要的化工原料,由于其優(yōu)良的成膜性、無毒性、熱化學穩(wěn)定性等優(yōu)點而被廣泛應用于各種功能性膜材料。聚乙烯醇側鏈含有大量親水性羥基,使其表現(xiàn)出超強的親水的性質,如吸濕性大、耐水性差等缺點,在一定程度上限值了其應用,因此對聚乙烯醇的疏水改性研究也引起了關注。本課題以PVA為基體材料,分別通過微波輔助合成法引發(fā)含氟丙烯酸單體進行側鏈接枝聚合和含氟硅烷偶聯(lián)劑水解接枝并復合二氧化硅(SiO2)兩種不同的氟化方法來對PVA進行疏水改性。采用含氟有機化合物對PVA進行改性是因為有機氟含有更多的氟原子且氟的原子半徑小電負性大、形成的C-F鍵短、鍵能高,因而低的表面能可降低材料的親水性。微波輔助合成法引發(fā)含氟丙烯酸單體對PVA進行側鏈接枝聚合是利用微波這種高效、省時、加熱均勻的清潔能源作為驅動力,以過硫酸鉀作為引發(fā)劑,在PVA側鏈生成自由基進而引發(fā)甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFMA)的雙鍵鏈增長,進行側鏈自由基聚合,將含氟的低表面能物質接枝到PVA上,制備具有疏水性能的接枝聚合物(PVAF)。傅立葉紅外、固體核磁及XRD對接枝聚合物的化學組成及分子結構分析表明DFMA在微波輻照下雙鍵引發(fā)得以聚合,氟原子被引入到PVA側鏈上;熱重分析研究了接枝聚合物的熱分解狀況,結果顯示側鏈接枝DFMA有助于提高PVA的穩(wěn)定性,且隨著DFMA含量的增大,接枝聚合物的穩(wěn)定性逐漸升高;利用吸水性實驗研究了接枝聚合物的疏水性,結果表明含氟物質引入越多PVA的疏水效果越好。但由于微波法合成的氟化接枝聚合物PVAF為固體,且側鏈氟原子過多致使PVAF不易溶解,難于后處理及成膜進行接觸角測量。所以為了制備以PVA為基體的超疏水薄膜,本論文在第二個研究體系里將PVA/SiO2旋涂在玻璃表面后,再將復合膜經含氟硅烷偶聯(lián)劑十七氟癸基三甲氧基硅烷(C13H13F17O3Si,FAS)進行水解接枝,制備具有粗糙表面的含氟超疏水薄膜。研究了PVA與SiO2復合的比例及FAS修飾對薄膜疏水性的影響。用傅里葉紅外光譜、X射線能譜對超疏水表面進行了結構分析和形貌表征,研究表明所制備的超疏水薄膜的表面成功自組裝了氟硅烷,由于氟元素在薄膜表面富集,F含量在薄膜表面高達41.57%;通過掃描電子顯微鏡可以知道該薄膜表面有很多大小相近的球狀凸起,粒徑約在30-50 nm之間,形成了微納米粗糙結構;用接觸角測量儀觀察了水滴在薄膜表面的潤濕性,結果顯示當PVA/SiO2為1:5時,氟化PVA/SiO2薄膜表面具有較好的超疏水功能,靜態(tài)接觸角可達151.24°,滾動角約為4°。這主要是薄膜表面含有低表面能氟原子及其具有納米粗糙結構共同作用的結果。以PVA為基底制備的疏水及超疏水薄膜在日常生活中有廣泛的用途,如可用在玻璃、木材、輪船等的表面起到防水、防污甚至實現(xiàn)自清潔等效果。本課題對氟化聚乙烯醇進行研究可以提高PVA的耐水性,擴大其應用領域。
[Abstract]:Polyvinyl alcohol (PVA) is an important chemical raw material, because of its excellent film-forming properties, non-toxic, chemical stability and other advantages and is widely used in various functional membrane materials. Polyvinyl alcohol side chain containing a large number of hydrophilic hydroxyl groups, which shows the nature of super hydrophilic, such as hygroscopicity, disadvantages poor water resistance, the value of its application in a certain degree limit, so the hydrophobic of Modified PVA research has also attracted attention. This paper adopts PVA as matrix materials, respectively by fluorine-containing acrylic monomer graft polymerization and side chain fluorinated silane hydrolysis and graft composite silica synthesis by microwave assisted (SiO2) two different fluoride method for hydrophobic modification of PVA. Using fluorinated organic compounds on PVA was modified because organic fluorine containing more fluorine atoms and fluorine atoms with small radius of electronegativity, the formation of C- The F key is short, high bond energy and low surface energy can reduce the hydrophilic material. By fluoro acrylate monomer grafted polymerization is the use of microwave time of PVA the efficient synthesis method of microwave assisted heating, clean energy as the driving force, using potassium persulfate as initiator, free base triggering twelve fluorine methacrylic acid heptyl ester side chain at PVA (DFMA) double bond chain growth, side chains of free radical polymerization, low surface energy materials will be grafted onto PVA containing fluorine, the grafted polymer with hydrophobic properties. Fu Liyehong (PVAF), DFMA analysis showed that under microwave irradiation with double bond lead to polymerization of chemical composition and molecular structure of solid state NMR and XRD on graft polymer, fluorine atoms are introduced into the PVA side chain; thermogravimetric analysis on the thermal decomposition of the grafted polymer, results showed that the grafted DFMA helps to improve PVA The stability, and with the increase of DFMA content, the stability of the grafted polymer increased gradually; hydrophobic graft polymer was studied by water absorption experiment, results show that the better effect of hydrophobic fluorinated substances into more PVA. But because the fluoride grafted by microwave polymerization of PVAF is solid, and the side chain of fluorine atoms resulting in too much PVAF is not easy to dissolve, processing and membrane contact angle measurement is difficult. So in order to prepare PVA super hydrophobic film matrix, in this thesis second research system in PVA/SiO2 spin coated on the glass surface, and the composite film by fluorine containing silane coupling agent seventeen fluorine decyl trimethoxysilane (C13H13F17O3Si, FAS) were prepared by hydrolysis of grafting, with rough surface fluorinated superhydrophobic films. The effects of PVA and SiO2 composite ratio and the effects of FAS modification on the hydrophobic film. By Fourier transform infrared spectroscopy, X ray Spectrum structure analysis and morphology characterization of super hydrophobic surface, the results indicated that the surface of super hydrophobic films prepared successfully self-assembled fluorine silane, the fluorine element in the film surface enrichment, the content of F on the surface of the films is up to 41.57%; by scanning electron microscopy that the surface of the thin film have many spherical protrusions of similar size in 30-50, the diameter of about nm, the formation of micro nano rough structure; observe the water droplets in the wettability of the film surface by contact angle measurement, the results showed that when the PVA/SiO2 is 1:5, the surface fluorination of PVA/SiO2 thin film with super hydrophobic function better, the static contact angle up to 151.24 degrees, the rolling angle is about 4 degrees. This is the main surface of the thin film containing fluorine atoms and the low surface energy with nano rough structure interaction. With PVA as the hydrophobic substrate preparation and super hydrophobic films are widely used in daily life, such as It can be used for waterproofing, antifouling and even self cleaning on the surface of glass, wood, ship and so on. Our research on fluorinated polyvinyl alcohol can improve the water resistance of PVA and expand its application area.

【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O632.31

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本文編號：1592394