PVC膜材用防污自洁面涂剂的研究

摘要

PVC膜材是经PVC树脂涂层的复合织物，与PTFE、ETFE膜材相比，具有价格低廉、材质柔软、易施工等优点，但PVC涂层中的增塑剂容易向外迁移，导致膜材使用寿命短、表面容易沾污、自清洁性能差。为提高PVC膜材的使用寿命和自清洁性能，需对其进行面涂处理。目前，用于PVC膜材的面涂剂完全依赖进口。传统加面层的PVC膜材的自清洁性能一般，无法满足高档膜结构建筑的要求。
　　 本研究基于“荷叶效应”原理，通过溶胶-凝胶法制备出了一种疏水性的复合粉体，并以此为原料，研制了用于PVC膜材的防污自清洁面涂剂。
　　 本文研究了溶胶-凝胶法制备SiO2粒子的工艺，讨论分析了各工艺参数对溶胶-凝胶过程的影响，确定了SiO2-FK510复合粉体的最佳加工工艺，即TEOS:DMF:H2O=1:6:0.4、反应温度为60℃、水解时间为3h、pH值为11、FK510的用量为复合溶胶总质量的9％、热处理温度为300℃。
　　 采用硅烷偶联剂对SiO2-FK510复合粉体进行了改性处理，研究了硅烷偶联剂种类和复配比例对改性粉体的分散稳定性及其共混膜疏水性能的影响。实验发现，采用KH570:G502=2:8的复配硅烷偶联剂，改性效果较好。
　　 将改性SiO2-FK510复合粉体与PVDF、PMMA复配，制成了用于PVC膜材的防污自洁面涂剂。通过正交实验，确定了其最佳配方，即PVDF的用量为6％、改性SiO2-FK510复合粉体的用量为4％，PMMA用量为1.5％。对PVC膜材进行面涂处理后，膜材表面的接触角为154.1°，达到了超疏水的水平，粘合牢度等级为0绂。集灰实验表明，面涂后的PVC膜材具有良好的自清洁功能。

目录

文摘

英文文摘

声明

学位论文的主要创新点

第一章 绪论

1.1 引言

1.1.1 膜结构材料

1.1.2 加面层PVC膜材的新趋势

1.2 本课题的研究意义

1.3 本课题的研究内容和创新点

第二章 理论部分

2.1 构筑超疏水表面的理论基础

2.1.1 接触角理论

2.1.2 Wenzel理论

2.1.3 Cassie模型

2.1.4 低表面能理论

2.1.5 荷叶效应

2.2 仿生超疏水表面构筑方法

2.2.1 化学气相沉积法

2.2.2 模板法

2.2.3 粒子填充法

2.2.4 溶胶-凝胶法

2.2.5 刻蚀法

2.2.6 相分离法

2.3 溶胶-凝胶理论

2.3.1 溶胶-凝胶工艺简介

2.3.2 溶胶-凝胶反应机理

2.4 硅烷偶联剂的改性理论

2.4.1 硅烷偶联剂的水解机理

2.4.2 硅烷偶联剂的缩合机理

2.4.3 硅烷偶联剂改性

第三章 溶胶-凝胶法制备SiO2-FK510复合粉体工艺的研究

3.1 实验材料

3.2 实验仪器

3.3 实验安排

3.3.1 FK510乳液在溶胶中稳定性的研究

3.3.2 溶胶-凝胶工艺条件对凝胶化速率的影响

3.3.3 SiO2-FK510复合粉体制备工艺的研究

3.4 测试方法

3.4.1 吸光度和破乳程度测试

3.4.2 粘度测试

3.4.3 热重分析

3.5 结果与讨论

3.5.1 FK510乳液在溶胶中的稳定性

3.5.2 工艺条件对凝胶化时间的影响

3.5.3 SiO2-FK510复合粉体的制备工艺

3.5.4 小结

第四章 硅烷偶联剂对SiO2-FK510复合粉体改性的研究

4.1 实验材料

4.2 实验仪器

4.3 实验安排

4.3.1 SiO2-FK510复合粉体的制备

4.3.2 硅烷偶联剂对SiO2-FK510复合粉体的改性

4.4 性能测试

4.4.1 分散稳定性测试

4.4.2 疏水性能的测定

4.4.3 红外光谱分析

4.4.4 粒度分析

4.5 结果与讨论

4.5.1硅烷偶联剂种类对改性SiO2-FK510复合粉体分散稳定性的影响

4.5.2 硅烷偶联剂改性对复合粉体共混膜疏水性能的影响

4.5.3 KH570-G502复配改性的效果

4.5.4 KH570-G502改性复合粉体的红外分析

4.5.5 KH570-G502改性复合粉体的粒度分析

4.5.6 小结

第五章 改性SiO2-FK510复合粉体在防污自洁表面处理中的应用

5.1 实验材料

5.2 实验仪器

5.3 实验内容

5.3.1 利用正交试验优化出面涂剂的最佳组份配方

5.3.2 面涂工艺参数对面涂后膜材性能的影响

5.4 测试方法

5.4.1 接触角的测试

5.4.2 网格法测试剥离强度

5.4.3 集灰实验测试

5.4.4 加速热老化测试

5.4.5 扫描电镜测试

5.5 结果与讨论

5.5.1 面涂剂组分配方正交优化分析

5.5.2 面涂厚度对膜材性能的影响

5.5.3 焙烘时间对面涂后PVC膜材性能的影响

5.5.4 面涂后PVC膜材的自洁性能

5.5.5 面涂后PVC膜材的加速热老化测试结果

5.5.6 面涂后PVC膜材表面形貌

5.5.7 总结

第六章 结论

6.1 本研究的主要结论

6.2 有待于进一步研究的问题

参考文献

读研期间发表论文

致 谢