低表面能自清洁防污涂层的制备、结构与性能的研究

【摘要】：低表面能防污涂料是指涂层表能很低,使污损物不易粘附生长从而起到防污、自洁作用的一类涂料,广泛用于船舶、建筑、港口及橡胶坝等设施的防污。由于低表能防污涂料不含有害物质,因此不会污染环境而具有环境友好的特性。本论文基于有机硅低表面能防污理论,以自由基聚合方式制备以下4种有机硅改性树脂,并对其涂层在橡胶和马口铁板上的防污性能、附着强度等性能进行了评价。1.以乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基三甲基硅烷、甲基丙烯酸乙酯、聚乙二醇单甲醚、丙烯酸丁酯作为共聚单体,采用自由基聚合的方式制得改性有机硅功能树脂。通过聚合物性能表征,得到适宜的单体配比,分子量和玻璃化温度。通过对涂层接触角、附着强度、耐水性、防污性评价,得出涂层最佳配方。2.由于上述功能涂层的附着力较低,为了提高涂层在基材表面附着力,将黏结性好的甲基丙烯酸缩水甘油酯引入有机硅聚合物中制备了低表面有机硅聚合物并命名为APEG。通过聚合物性能表征,得到适宜的单体配比,分子量和玻璃化温度。通过对涂层接触角、附着强度、耐水性、防污性评价,得出涂层最佳配方。3.为了降低功能涂层的低表面能,选择丙烯酰氧基三异丙基硅烷单体与聚乙二醇单甲醚、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸乙酯、γ-甲基丙烯酰氧基三甲基硅烷作为共聚单体,制备低表面能有机硅功能共聚物。通过聚合物性能表征,得到适宜的单体配比,分子量和玻璃化温度。通过对涂层接触角、附着强度、耐水性、防污性评价,得出涂层最佳配方。通过聚合物性能表征,得到适宜的单体配比,分子量和玻璃化温度。通过对涂层接触角、附着强度、耐水性、防污性评价,得出涂层最佳配方。4.为了降低涂层的表面能、提高其附着力,将黏结性好的甲基丙烯酸缩水甘油酯和表面能低的丙烯酰氧基三异丙基硅烷单体引入有机硅改性共聚物。通过聚合物性能表征,得到适宜的单体配比,分子量和玻璃化温度。通过对涂层的静态接触角、附着强度、耐水性进行测试,得到涂层最适宜配方。 【关键词】：防污涂层 有机硅共聚物 附着力 接触角 防污性能
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ630.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 防污涂层的研究背景及现状12
• 1.2 低表面能有机硅防污涂料影响因素及其防污机理12-13
• 1.3 涂层表面能的计算方法13-17
• 1.4 低表面能防污涂层的种类17-22
• 1.4.1 有机硅体系17-19
• 1.4.2 有机氟体系19-20
• 1.4.3 氟硅体系20-22
• 1.5 其他防污技术22-24
• 1.5.1 有机硅表面微结构构筑防污技术22
• 1.5.2 双亲性的表面微结构涂层22-24
• 1.6 本论文的研究意义、主要内容及创新点24-26
• 1.6.1 本论文研究的意义24-25
• 1.6.2 本论文的研究的主要内容25
• 1.6.3 创新点25-26
• 第二章 低表面能功能有机硅树脂的合成及其涂层性能评价26-44
• 2.1 前言26
• 2.2 实验部分26-30
• 2.2.1 主要试剂与原料26-27
• 2.2.2 有机硅共聚物的制备过程27-28
• 2.2.3 主要仪器与设备28-29
• 2.2.4 表征与性能测试方法29-30
• 2.3 聚合物性能与结构分析30-34
• 2.3.1 有机硅单转化率与时间的关系30-31
• 2.3.2 BA与共聚物的玻璃化温度的关系31-32
• 2.3.3 分子量Mn与反应时间和反应温度的关系32-33
• 2.3.4 有机硅共聚物结构分析33-34
• 2.4 有机硅防污涂层的制备34-35
• 2.4.1 有机硅防污涂层的制备原理34-35
• 2.4.2 有机硅防污涂层配方设计35
• 2.5 防污涂层性能测试35-38
• 2.5.1 接触角测试35-36
• 2.5.2 附着力测试36-37
• 2.5.3 耐水性测试37-38
• 2.6 防污涂层结构表征38-40
• 2.6.1 防污涂层断面结构38-39
• 2.6.2 防污涂层表面结构39-40
• 2.7 防污性能评价40-43
• 2.7.1 防污能力测试40-41
• 2.7.2 涂层表面能计算41-43
• 2.8 本章小结43-44
• 第三章 环氧基/有机硅树脂合成及其涂层性能评价44-60
• 3.1 前言44-45
• 3.2 实验部分45-48
• 3.2.1 主要原料与试剂45
• 3.2.2 主要仪器与设备45-46
• 3.2.3 有机硅共聚物制备过程46-47
• 3.2.4 表征与性能测试方法47-48
• 3.3 聚合物性能与结构分析48-52
• 3.3.1 聚合物分子量测定48-49
• 3.3.2 反应时间对单体GMA转化率的影响49-50
• 3.3.3 甲基丙烯酸缩水甘油酯与Tg的关系50
• 3.3.4 GMA质量分数与聚合物固含量的关系50-51
• 3.3.5 聚合物结构分析51-52
• 3.4 有机硅防污涂层制备52-53
• 3.4.1 防污涂层的制备过程52-53
• 3.4.2 防污涂层的配方设计53
• 3.5 防污涂层性能评价53-55
• 3.5.1 接触角测试53-54
• 3.5.2 附着力测试54
• 3.5.3 耐水性测试54-55
• 3.6 防污涂层结构表征55-57
• 3.6.1 涂层断面形貌55-56
• 3.6.2 涂层表面形貌56-57
• 3.7 防污性能评价57-59
• 3.7.1 防污能力测试57-58
• 3.7.2 涂层表面能计算58-59
• 3.8 本章小结59-60
• 第四章 聚乙二醇单丙烯酸酯/丙烯酸酯/有机硅功能聚合物合成及其涂层性能评价60-81
• 4.1 前言60
• 4.2 实验部分60-63
• 4.2.1 主要原料与试剂60-61
• 4.2.2 仪器与设备61
• 4.2.3 有机硅聚合物制备过程61-62
• 4.2.4 表征与性能测试方法62-63
• 4.3 聚合物性能与结构分析63-70
• 4.3.1 聚合物转化率与时间的关系63-64
• 4.3.2 丙烯酸丁酯与玻璃化温度的关系64-65
• 4.3.3 分子量与聚合温度的关系65-68
• 4.3.4 单体配比与固含量的关系68-69
• 4.3.5 有机硅共聚物结构分析69-70
• 4.4 防污涂层制备70-71
• 4.4.1 防污涂层的制备原理与过程70-71
• 4.4.2 涂层配方的设计71
• 4.5 防污涂层性能评价71-74
• 4.5.1 涂层附着力测试71-72
• 4.5.2 涂层接触角测试72
• 4.5.3 涂层耐水性测试72-74
• 4.6 涂层结构表征74-76
• 4.6.1 涂层表面形貌74-75
• 4.6.2 涂层断面结构75-76
• 4.7 涂层防污性能评价76-80
• 4.7.1 防污性能测试76-79
• 4.7.2 涂层表面能计算79-80
• 4.8 本章小结80-81
• 第五章 环氧基/丙烯酸酯有机硅聚合物合成及其涂层性能评价81-103
• 5.1 前言81-82
• 5.2 实验部分82-86
• 5.2.1 实验原料或试剂82-83
• 5.2.2 仪器与设备83-84
• 5.2.3 有机硅聚合物制备过程84-85
• 5.2.4 表征与性能测试方法85-86
• 5.3 聚合物性能与结构分析86-91
• 5.3.1 反应时间对单体转化率影响86-87
• 5.3.2 丙烯酸丁酯对玻璃化温度的影响87
• 5.3.3 温度对聚合物分子量的影响87-89
• 5.3.4 聚合物结构分析89-90
• 5.3.5 GMA含量对聚合物固含量的影响90-91
• 5.4 防污涂层制备91-92
• 5.4.1 有机硅涂料的制备原理及过程91-92
• 5.4.2 涂层配方设计92
• 5.5 防污涂层性能测试92-95
• 5.5.1 涂层附着力的测定92-93
• 5.5.2 涂层接触角测试93
• 5.5.3 耐水性测试93-95
• 5.6 涂层结构表征95-97
• 5.6.1 涂层断面结构95-96
• 5.6.2 涂层表面相貌96-97
• 5.7 涂层防污性能评价97-102
• 5.7.1 涂层防污性测试97-101
• 5.7.2 涂层表面能计算101-102
• 5.8 本章小结102-103
• 总结103-105
• 参考文献105-111
• 致谢111-112
• 攻读硕士期间发表的学术论文112-113

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