基于有机硅低表面能防污涂料的合成及其防污应用性能研究

摘要

论文从有机硅的低表面能特性出发,较系统地研究了有机硅改性树脂的制备及其海洋防污应用性能,探索了其在长效无毒低表面能脱污型(fouling release)防污涂料中的应用。主要研究内容和结果如下:
　　 (1)以性能优异、价格低廉的丙烯酸树脂为基础,设计合成了具有低表面能的系列有机硅改性丙烯酸树脂,并用红外光谱和乌氏粘度计对合成树脂的结构及分子量进行了表征;并利用TG、接触角测量仪、划水实验以及抑藻实验对树脂性能进行了分析。实验结果表明采用自由基法,实现了硅单体与丙烯酸酯单体的共聚,制备出了具有低表面性能的有机硅改性丙烯酸树脂,与水的静态接触角高达92°以该有机硅改性丙烯酸树脂为成膜物制备的低表面能脱污型防污涂料,实海实验证明其有效防污期可达10个月左右。
　　 (2)通过硅橡胶对丙烯酸树脂进行物理、化学改性,制备出了含有HRA、*、*以及PDMS-1的系列树脂。利用IR、聚焦显微镜、生物荧光显微镜、接触角测量仪及SEM等对树脂的本体结构及表面特性进行了表征;采用加速划水实验、金属盐溶液浸泡实验、抑藻实验、海上挂板实验以及EIS法等多种评价手段评价了树脂的防污应用性能。实验结果表明硅橡胶引入丙烯酸树脂中,充分利用了自分离(self-stratying)技术,不但赋予改性丙烯酸树脂涂层的低表面能特性,而且解决了硅橡胶类材料附着力差的缺陷。同时,研究发现涂层表面与水的静态接触角(θ)约为111°±1°,Ra为0.123um以及表面具备3-5цm的坑槽时,涂层具有最佳的防污效果。还利用仿生学原理,模仿生物体表不断有分泌物的特性,通过添加了*％的PDMS-1硅油,使涂层表面有“分泌物”的存在,实现了一定时期内污损生物难以稳固附着,为开发无毒的仿生涂料,提供了理论与应用基础。
　　 (3)针对海洋污损生物的附着机理,结合丙烯酸*树脂、丙烯酸金属盐树脂A的自抛光性以及硅树脂低表面能性能,通过复配制备出了多功能海洋防污涂料。分别采用A-工艺、B-工艺、GHB-B2c工艺以及GHB-B2-4工艺对硅橡胶改性丙烯酸树脂的合成工艺流程进行了探索,实现了与功能单体(*或*)的稳定共聚,有效利用微相分离技术实现树脂制备具有靶向性,提升了海洋防污性能。通过复配制备的防污涂料进行室内、海洋评价,表明兼备低毒、自抛光、低表面能特性的复配涂料,具有优良的防污性能。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

1.1 海洋生物污损及其带来的危害

1.2 海洋防污技术

1.2.1 物理防污法

1.2.2 生物防污法

1.2.3 化学防污法

1.3 海洋防污涂料

1.3.1 海洋防污涂料的发展简史

1.3.2 海洋防污涂料的研究现状及发展趋势

1.4 论文的研究意义、研究内容及方法

1.4.1 研究意义

1.4.2 研究内容和方法

第一章参考文献

第二章 含有活性硅氧烷单体的丙烯酸酯的合成及其防污应用性能

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 原材料与仪器设备

2.2.2 有机硅改性丙烯酸树脂的合成

2.2.3 结构表征

2.2.4 防污涂料的制备

2.2.5 防污性能测试

2.3 结果与讨论

2.3.1 红外分析结果

2.3.2 有机硅改性丙烯酸树脂的合成

2.3.3 功能单体的引入对有机硅丙烯酸树脂性能的影响

2.3.4 基于有机硅丙烯酸树脂防污涂料的防污性能

2.4 本章小结

第二章参考文献

第三章 硅橡胶改性丙烯酸树脂的合成及其海洋防污应用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 原材料与仪器设备

3.2.2 *原料树脂与有机硅改性丙烯酸树脂的复配体系

3.2.3 HB-A系列树脂的合成

3.2.4 HB-B系列树脂的合成

3.2.5 结构表征

3.2.6 防污应用性能分析

3.3 结果与讨论

3.3.1 原料树脂与丙烯酸树脂复配体系的性能

3.3.2 HB-A1系列树脂的性能

3.3.3 HB-A2系列树脂的性能

3.3.4 HB-A-1树脂与HB-A2-1树脂性能比较

3.3.5 HB-A2-H.X树脂得性能

3.3.6 HB-B系列树脂的合成及性能

3.4 本章小结

第三章参考文献

第四章 基于低表面能硅树脂的多功能型海洋防污涂料的性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 原材料与仪器设备

4.2.2 多功能型防污涂料的制备

4.2.3 结构表征

4.2.4 性能测试

4.3 结果与讨论

4.3.1 HB-A2系列树脂与*树脂复配

4.3.2 HB-A2系列树脂与丙烯酸金属盐树脂A复配

4.3.3 GHB-B2系列树脂与丙烯酸金属盐树脂A复配后的防污性能

4.3.4 添加小分子硅油到HB-A2系列树脂中

4.4 本章小结

第四章参考文献

第五章 结论与建议

5.1 主要结论

5.2 主要创新点

5.3 今后的工作方向

致谢

附录Ⅰ:营养液的配制

附录Ⅱ:纯丙烯酸树脂的IR普图;HL-R-2的IR普图;HL-R-1的IR普图

附录Ⅲ:个人简历和发表的学术论文