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纳米改性有机氟硅海洋防污涂料的制备

作　者: 黄娇
导　师: 赵春英
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 应用化学
关键词: 改性氟硅树脂盐酸特比萘酚接触角复合防污剂混合纳米粉体
分类号: TQ637
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

海洋防污涂料的无毒化对于海洋环境的保护意义重大，而在无毒化的基础上将其防污性能进行拓展能有效地实现防污性能增强与海洋环境保护的有机统一。为了制备性能优良的低表面能防污涂料，本论文从三个方面来拓展防污广谱性。一是合成出了盐酸特比萘芬（TH）改性氟硅树脂；二是自行研制出了硅酸盐复合防污剂；三是对纳米混合粉体（TiO₂和SiO₂）的复配和包覆分散进行了实验研究；最后合成出了防污性能优良且低毒的纳米改性有机氟硅海洋防污涂料。选择性能优良的硅丙树脂为主要成膜物质，将具有广谱抗菌性的的药物盐酸特比萘芬通过自由基聚合接枝到硅丙树脂链上，并将其与氟碳树脂进行物理共混，得到新型改性氟硅树脂。实验结果表明：当有机硅单体占单体总量的15%时，硅丙树脂的接触角能达到88.7°，经盐酸特比萘芬（TH）改性后的硅丙树脂接触角降为85.3°，而将其与氟碳树脂以1:3比例进行物理共混后，得到的盐酸特比萘芬（TH）改性氟硅树脂的接触角可达到90°，说明防污性能有一定提高；对盐酸特比萘芬（TH）改性与未改性氟硅树脂进行抑菌环实验：抑菌环由3.2cm增大到4.5cm，也证明了改性后对于海洋微生物的抑制效果明显增强；经盐酸特比萘芬（TH）改性的氟硅树脂，其吸水率由2.33%降为1.23%，说明耐水性能也有一定提高。本实验自制了无毒硅酸盐复合防污剂。通过抑菌环正交实验筛选得到：当各组分质量比为硅酸钠：氧化锌：硫磺：氧化镁：锌粉=30：6：8：8：3时，该防污剂的协调防污效果较好。本实验还对纳米混合粉体（TiO₂和SiO₂）进行复配，并筛选出合适的分散剂对其进行包覆分散，并对包覆分散后的粉体进行光催化活性测试。实验结果表明:当TiO₂和SiO₂以4:1比例进行共混时，抑菌效果较好；当添加2.5%钛酸酯偶联剂TM-P时，混合粉体分散液较稳定。经LS900激光粒度仪测试：纳米粒径由包覆分散前359nm降为包覆分散后的38nm；且分散后的混合纳米粉体的光催化活性仍然较好，光降解率为86.18%，较原来的87.49%的变化不大。以改性氟硅树脂为主要成膜物质，添加混合纳米粉体，无毒硅酸盐复合防污剂以及溶剂、助剂和其他颜填料制备出纳米改性有机氟硅船舶防污涂料，正交实验得到其最优化配方为：改性氟硅树脂为41wt%，氧化铁红5wt%、滑石粉5wt%、高岭土5wt%、碳酸钙5wt%、TM-P2wt%、混合溶剂28wt%、分散剂0.2wt%、消泡剂0.5wt%、流平剂0.3wt%、混合纳米粉体为2wt%，防污剂为6wt%。涂膜与水的接触角为140.07°，对涂膜进行SEM形貌观察：其表面形成了纳米-微米二元荷叶结构，使不沾污性能显著提高。实海挂板实验表明：对比两个月后各试片污损面积，经盐酸特比萘芬改性后的氟硅树脂污损面积较小，防污性能较好，且混合纳米粉体的加入使得防污涂料的实海防污性能得到了显著的提高。混合纳米粉体混合均匀，较添加单种纳米粉体的防污性能有显著提高，具有协同防污作用。涂膜一般性能测试结果为：附着力1级、柔韧性为1mm、硬度为2B、抗冲击强度50kg·cm、光泽度为80%、涂膜外观平整光滑、经5%盐水浸泡45天以上无起皮脱落现象，能够满足低表面能防污涂料的要求。因此，该涂料可在海洋舰船上作为无毒防污涂料使用。

全文目录

摘要  6-8
Abstracts  8-14
第1章绪论  14-28
  1.1 概述  14
  1.2 船舶防污涂料的发展历史  14-16
  1.3 环境友好型船舶用防污涂料  16-23
    1.3.1 无锡防污涂料  17-18
    1.3.2 低表面能防污涂料  18-21
    1.3.3 仿生防污涂料  21-22
    1.3.4 电解海水防污涂料  22-23
    1.3.5 硅酸盐防污涂料  23
  1.4 纳米材料在海洋无毒防污涂料中的应用  23-25
  1.5 纳米材料在防污涂料中应用所存在的问题及发展趋势  25-26
    1.5.1 存在问题  25-26
    1.5.2 发展现状与前景展望  26
  1.6 本文研究目的  26-28
第2章实验部分  28-43
  2.1 实验仪器及检测设备  28-29
  2.2 材料选取  29-34
    2.2.1 主要成膜物质  29-30
    2.2.2 稀释剂  30-31
    2.2.3 颜填料  31-32
    2.2.4 防污剂  32
    2.2.5 纳米粉体分散剂  32-33
    2.2.6 助剂  33-34
  2.3 盐酸特比萘酚改性硅丙树脂的制备  34-36
  2.4 无毒硅酸盐复合防污剂的制备  36
  2.5 抑菌环实验  36-37
    2.5.1 培养基的配制  36-37
    2.5.2 具体抑菌环实验方法  37
  2.6 纳米粉体 TIO_2和 SIO_2的复配及分散效果的表征  37-38
    2.6.1 纳米粉体 TiO_2和 SiO_2的复配  37
    2.6.2 纳米粉体 TiO_2和 SiO_2的分散  37-38
    2.6.3 测试光催化活性实验方法  38
    2.6.4 紫外可见分光光度计法测试分散液的稳定性  38
  2.7 防污涂料的制备及表征  38-42
    2.7.1 海洋防污涂料的制备  38-39
    2.7.2 涂膜接触角的检测  39-40
    2.7.3 涂膜的常规性能检测  40-41
    2.7.4 涂膜的吸水率检测  41
    2.7.5 涂膜的防污性能检测实验  41-42
  本章小结  42-43
第3章结果与讨论  43-69
  3.1 盐酸特比萘酚改性硅丙树脂的合成工艺的讨论  43-50
    3.1.1 工艺参数的确定  43-46
    3.1.2 树脂红外表征结果  46-47
    3.1.3 有机硅单体的用量对树脂涂膜接触角的影响  47-48
    3.1.4 不同配比氟硅树脂的对涂膜常规性能的影响  48-50
  3.2 抑菌环实验结果  50-52
    3.2.1 无毒硅酸盐复合防污剂的配方筛选结果  50-52
    3.2.2 基体树脂抑菌实验结果及讨论  52
  3.3 纳米粉体 TIO_2和 SIO_2的复配和分散结果与讨论  52-57
    3.3.1 纳米粉体 TiO_2和 SiO_2不同配比抑菌实验的比较  52-53
    3.3.2 分散剂种类对纳米粉体 TiO_2和 SiO_2的分散效果的影响  53-54
    3.3.3 包覆分散对纳米粉体光催化活性的影响  54-55
    3.3.4 分散剂用量对分散分散效果的影响  55-57
  3.4 涂料配方影响因素的讨论及涂膜性能测试结果  57-68
    3.4.1 海洋防污涂料配方及影响因素的讨论  57-60
    3.4.2 涂膜常规性能检测结果  60-61
    3.4.3 涂膜吸水率检测结果  61
    3.4.4 涂膜耐盐水性检测结果  61-62
    3.4.5 涂膜的防污性能检测结果与讨论  62-68
  本章小结  68-69
结论  69-70
参考文献  70-76
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  76-77
致谢  77-78

纳米改性有机氟硅海洋防污涂料的制备

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