学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

分子自组装在表面微结构防污材料制备中的应用研究

作　者: 高海平
导　师: 张桂玲；蔺存国
学　校: 中国海洋大学
专　业: 应用化学
关键词: 表面微结构分子自组装有机硅树脂丙烯酸树脂防污性能
分类号: U668
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 103次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

海生物污损给船舶和海洋设施带来极大的危害,目前最有效的防除海生物污损的途径是涂装防污涂料。传统防污涂料由于严重污染生态环境和危害人类健康而正面临禁用,开发新型无毒、安全高效的防污产品已迫在眉睫,其中防污表面微结构材料的开发是一个重要发展方向。本论文利用分子自组装原理,以有机硅高聚物与丙烯酸酯高聚物为构筑单元,探索了三种制备表面微结构材料的方法。方法1,直接将有机硅树脂与硅烷偶联剂改性丙烯酸树脂物理共混,基于两种树脂间的相分离行为,用5%的三乙烯四胺固化后,涂层表面形成一定规律的微结构形貌。探讨了两种树脂的混合比例、有机硅树脂R/Si值及硅烷偶联剂改性丙烯酸树脂粘度对表面微结构尺寸及规律性的影响。实验过程中发现混合树脂涂层出现龟裂和剥落现象,这说明制备的混合树脂涂层稳定性较差。方法2,通过有机硅树脂与硅烷偶联剂改性丙烯酸树脂之间的硅羟基缩合制备有机硅改性丙烯酸树脂,利用固化过程中分子链段的定向移动制备表面微结构材料。使用三种固化剂固化后,涂层表面均难以形成规律性的微结构形貌。同时由于硅烷偶联剂KH-570中甲氧基水解不完全使得该树脂极易凝胶,可存放性差。为了弥补以上两种方法在表面微结构材料制备上的缺点,本论文采用方法3,使含可聚合双键的有机硅预聚物与丙烯酸类单体共聚,合成有机硅-丙烯酸共聚树脂,使用1%的三乙烯四胺固化后,涂层表面形成规律性的微结构形貌。探讨了有机硅预聚物与丙烯酸类单体的比例、丙烯酸类单体中丙烯腈的含量、有机硅预聚物R/Si值及该预聚物的粘度等因素对最终形成的表面微结构尺寸及规律性的影响。海水浸泡实验表明,有机硅-丙烯酸共聚树脂涂层表面微结构形貌较稳定,且附着力较好,可适应长期海水浸泡环境。本论文初步探讨了有机硅-丙烯酸共聚树脂涂层表面微结构形成机理,分析认为涂层表面微结构是有机硅-丙烯酸共聚树脂中极性、非极性链段定向移动、聚集并以有机硅组分为核心形成的多孔结构。微结构涂层的防污性能测试表明：涂层表面微结构的尺寸显著影响舟形硅藻和绿藻石莼孢子的附着,而且,微结构形貌的存在减少了硅藻和孢子的有效附着点并使其附着不牢,在外力作用下极易脱附,脱附率基本都在85%以上。同时,涂层表面微结构形貌的存在可以改善涂层对贻贝附着的抑制效果。本论文主要是以有机硅高聚物与丙烯酸酯高聚物为构筑单元,利用分子自组装原理制备表面微结构防污材料,要最终使其应用于海洋防污领域,还有很多内容需要进一步深入和完善。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
1 文献综述  13-27
  1.1 海洋污损生物及其危害  13-14
  1.2 环境友好型防污材料的研究进展  14-24
    1.2.1 天然防污剂  14-18
      1.2.1.1 陆生植物  15
      1.2.1.2 海洋植物  15-16
      1.2.1.3 海洋动物  16-17
      1.2.1.4 海洋微生物  17-18
    1.2.2 低表面能防污材料  18-20
      1.2.2.1 有机硅系列  18-19
      1.2.2.2 有机氟系列  19-20
    1.2.3 表面具有微结构的防污材料  20-24
  1.3 表面微结构防污材料的应用前景  24
  1.4 论文设计  24-27
    1.4.1 学术思想及立题依据  24-25
    1.4.2 课题的主要研究内容  25
    1.4.3 课题的研究意义  25-27
2 物理共混法表面微结构涂层的制备与表征  27-47
  2.1 实验部分  27-31
    2.1.1 药品和试剂  27-28
    2.1.2 合成反应  28-29
      2.1.2.1 有机硅树脂的合成  28-29
      2.1.2.1 硅烷偶联剂改性丙烯酸树脂的合成  29
    2.1.3 涂层制备  29
    2.1.4 性能测试  29-30
      2.1.4.1 综合热分析  29
      2.1.4.2 形貌分析  29-30
      2.1.4.3 能谱分析  30
    2.1.5 室内防污性能评价  30-31
      2.1.5.1 硅藻附着及脱附实验  30-31
      2.1.5.2 石莼孢子附着及脱附实验  31
  2.2 结果与讨论  31-44
    2.2.1 综合热分析  31-32
    2.2.2 各因素对涂层表面微形貌的影响  32-37
      2.2.2.1 固化剂种类  32-33
      2.2.2.2 固化剂用量  33-34
      2.2.2.3 两种树脂的混合比例  34-35
      2.2.2.4 有机硅树脂R/Si值  35-36
      2.2.2.5 硅烷偶联剂改性丙烯酸树脂的粘度  36-37
    2.2.3 能谱分析  37-38
    2.2.4 防污性能评价  38-43
      2.2.4.1 小型舟形藻附着及脱附实验  39-40
      2.2.4.2 羽状舟形藻附着及脱附实验  40-42
      2.2.4.3 绿藻石莼孢子附着及脱附实验  42-43
    2.2.5 涂层稳定性  43-44
  2.3 结论  44-47
3 水解铰链法表面微结构涂层的制备与表征  47-57
  3.1 实验部分  47-50
    3.1.1 药品和试剂  47-48
    3.1.2 合成反应  48-49
      3.1.2.1 硅烷偶联剂改性丙烯酸树脂的合成  48-49
      3.1.2.2 有机硅改性丙烯酸树脂的合成  49
    3.1.3 涂层制备  49
    3.1.4 性能测试  49-50
      3.1.4.1 粘度测试  50
      3.1.4.2 红外光谱  50
      3.1.4.3 综合热分析  50
      3.1.4.4 形貌分析  50
  3.2 结果与讨论  50-54
    3.2.1 粘度表征  50-51
    3.2.2 红外光谱表征  51-53
    3.2.3 综合热分析  53
    3.2.4 形貌分析  53-54
  3.3 结论  54-57
4 共聚法表面微结构涂层的制备与表征  57-85
  4.1 实验部分  57-62
    4.1.1 实验材料及仪器  57-58
    4.1.2 合成反应  58-59
      4.1.2.1 含双键有机硅预聚物VSi的合成  58-59
      4.1.2.2 有机硅-丙烯酸共聚树脂VSiAc的合成  59
    4.1.3 涂层制备  59-60
    4.1.4 结构表征与性能测试  60-61
      4.1.4.1 粘度测定  60
      4.1.4.2 红外光谱  60
      4.1.4.3 综合热分析  60
      4.1.4.4 静态接触角测量  60
      4.1.4.5 形貌分析  60
      4.1.4.6 能谱分析  60-61
    4.1.5 防污能力评价  61-62
      4.1.5.1 硅藻附着及脱附实验  61
      4.1.5.2 石莼孢子附着及脱附实验  61
      4.1.5.3 贻贝附着实验  61
      4.1.5.4 实海挂板实验  61-62
  4.2 结果与讨论  62-83
    4.2.1 粘度表征  62-63
    4.2.2 外光谱表征  63-66
    4.2.3 综合热分析  66-67
    4.2.4 能谱分析  67-68
    4.2.5 各因素对涂层表面微形貌的影响  68-74
      4.2.5.1 固化剂种类  68-69
      4.2.5.2 固化剂用量  69
      4.2.5.3 有机硅预聚物与丙烯酸类单体含量比  69-70
      4.2.5.4 丙烯酸类单体中的丙烯腈含量  70-71
      4.2.5.5 有机硅预聚物的R/Si值  71-72
      4.2.5.6 合成VSi(1.45)过程中的PH值  72-74
      4.2.5.7 海水浸泡时间  74
    4.2.6 静态接触角测量  74-75
    4.2.7 防污能力评价  75-83
      4.2.7.1 小型舟形藻附着与脱附实验  76-78
      4.2.7.2 羽状舟形藻附着与脱附实验  78-79
      4.2.7.3 绿藻石莼孢子附着及脱附实验  79-81
      4.2.7.4 贻贝足丝附着实验  81-82
      4.2.7.5 实海挂板实验  82-83
  4.3 结论  83-85
5 结论  85-87
参考文献  87-92
致谢  92-93
个人简历  93
攻读硕士学位期间发表的学术论文  93

分子自组装在表面微结构防污材料制备中的应用研究

内容摘要

全文目录

相似论文