纳米改性氟硅低表面能海洋防污涂料的制备及性能研究

论文摘要

由于海洋污损对海洋产业造成巨大经济损失,并且传统海洋防污涂料对海洋生态环境造成严重污染,近年来国内外对无毒海洋防污涂料的研发日益增多并开始应用,其中低表面能海洋防污涂料是其中一项重要课题。本研究采用具有低表面能特性的有机氟单体及有机硅单体对使用广泛的丙烯酸树脂进行了改性合成,制得有机氟硅改性丙烯酸树脂,使其具有低表面能性质。讨论了各单体含量及聚合工艺对树脂性能的影响,结果表明,软硬单体比值为1.2,氟单体含量为7.3%、硅单体含量为9.0%时制备的树脂性能最好,符合制备氟硅改性丙烯酸树脂低表面能防污涂料要求。同时,以该树脂作为成膜物质制备海洋防污涂料,考察了纳米SiO2加入量、树脂加入量、碳纳米管加入量和超声波分散时间对涂料性能的影响。用接触角检测仪对涂料涂膜表面与水及甘油的接触角进行了测量,计算了涂膜的表面能;对涂料的附着力、抗冲击强度和硬度等各项常规性能进行了检测,对涂膜表面的宏观形貌和SEM微观形貌进行了分析,确定了涂料的最佳配方和最佳制备工艺。研究结果表明,当纳米SiO2的加入量为9.31%,树脂用量为55.87%时,纳米SiO2及树脂在溶剂中采用超声波分散10 min时,涂料表面与水的接触角达到了143.5°,其表面能为0.87 mN/m,附着力等级为2级,涂膜硬度为HB,抗冲击强度大于50 kg·cm。通过对涂膜表面的SEM形貌分析发现,纳米颜填料与其它微米级颜填料一起形成了大量的微米-纳米阶层结构,构成了理想的疏水表面。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 海洋生物污损
• 1.1.1 海洋附着生物的附着特点及影响因素
• 1.1.2 海洋生物污损的表现形式
• 1.1.3 海洋生物污损造成的损失
• 1.2 海洋防污涂料的应用范围
• 1.3 海洋防污涂料分类
• 1.3.1 基料可溶型防污涂料
• 1.3.2 基料不溶型防污涂料
• 1.3.3 有机锡自抛光防污涂料
• 1.3.4 无锡低毒自抛光防污涂料
• 1.3.5 生物防污涂料
• 1.3.6 导电防污涂料
• 1.3.7 低表面能防污涂料
• 1.3.8 其它防污涂料
• 1.4 海洋防污涂料的发展趋势
• 1.5 本文设想
• 第二章 材料与方法
• 2.1 主要原材料
• 2.2 试验仪器及检测设备
• 2.3 试验工艺流程
• 2.4 氟硅改性丙烯酸树脂的合成
• 2.4.1 氟硅改性丙烯酸树脂合成机理
• 2.4.2 氟硅改性丙烯酸树脂配方设计
• 2.4.3 氟硅改性丙烯酸树脂合成工艺
• 2.5 防污涂料的制备
• 2.5.1 涂料配方设计
• 2.5.2 防污涂料的制备工艺
• 2.6 检测样板制备工艺
• 2.7 树脂性能表征
• 2.8 树脂清漆涂膜及防污涂料性能检测
• 2.8.1 树脂清漆涂膜及防污涂料涂膜接触角测定
• 2.8.2 树脂清漆涂膜及防污涂料涂膜常规性能检测
• 2.9 树脂对颜填料包覆厚度的定义及计算
• 2.10 涂膜表面能的计算
• 本章小结
• 第三章 结果与分析
• 3.1 氟硅改性丙烯酸树脂的IR 分析
• 3.2 氟硅改性丙烯酸树脂检测结果及分析
• 3.2.1 正交试验结果
• 3.2.2 软硬单体比例对树脂性能的影响
• 3.2.3 功能单体含量对树脂性能的影响
• 3.2.4 合成工艺对树脂性能的影响
• 3.3 氟硅改性丙烯酸树脂涂料检测结果及分析
• 3.3.1 颜填料对涂料性能的影响
• 2 对涂料性能的影响'>3.3.2 纳米SiO₂对涂料性能的影响
• 3.3.3 树脂对涂料性能的影响
• 3.3.4 碳纳米管对涂料性能的影响
• 3.3.5 颜填料分散工艺对涂料性能的影响
• 3.3.6 最优条件制备涂料
• 本章小结
• 第四章 讨论
• 4.1 疏水模型及机理
• 4.2 防污涂料疏水结构的构建
• 4.3 树脂对颜填料包覆厚度与涂料性能的关系
• 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢