学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

纳米SiO_2的表面改性及其在文物保护中的应用

作　者: 索转霞
导　师: 刘绍军
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 纳米SiO2 表面改性 丙烯酸聚氨酯 纳米复合涂层
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 177次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


超疏水理论上是指固体表面对水的接触角大于150°,滚动角小于10°,其原理是自然界中常见的“荷叶效应”,即荷叶利用其表面的纳米-微米双微观结构及低表面能物质使水滴自由落下。根据此原理,超疏水材料应运而生。研究表明,超疏水表面可通过两种途径获得:一是改变疏水材料的表面粗糙度和形貌;二是在具有一定粗糙度的表面上修饰低表面能物质。本文欲运用上述中的第一种方法制备超疏水纳米复合涂层,即运用纳米SiO2改变羟基丙烯酸聚氨酯的表面粗糙度及其表面形貌从而得到超疏水纳米复合涂层。由于纳米SiO2亲水性强,易团聚。因而,当纳米SiO2与有机物复合时存在两个关键性问题:○1界面问题,即无机相与有机相的相容性;○2SiO2纳米颗粒在有机相中能否均匀分散。基于上述原因,本文首先根据物理化学原理对原生粒径为15±5nm的SiO2纳米颗粒分别采用超声波处理、高速剪切、高能行星球磨三种不同手段并加入硅烷偶联剂KH570、乙醇及乙二醇进行表面改性,通过各种材料分析测试仪器例如扫描电子显微镜（SEM）,激光粒度分析仪,傅立叶红外变换仪（FT-IR）, X射线衍射仪（XRD）等对改性效果进行表征。结果均表明,通过高能行星球磨改性的效果最为显著,同时发现在加入的这三种物质中只有硅烷偶联剂KH570和乙二醇起到了表面改性剂的作用,乙醇只作为有机溶剂。鉴于此,本文的后续实验均是通过高能行星球磨实现的。本文也重点探究了KH570的加入量对纳米二氧化硅表面改性效果的影响。分别试验了用1wt%、3wt%、4wt%、5wt%、6wt%及7wt%的KH570对纳米SiO2颗粒进行改性,结果表明当硅烷偶联剂KH570的加入量介于5wt%和6wt%时,纳米二氧化硅表面改性效果较好。另外,本文也分析了球磨参数例如球磨速度、球磨时间对纳米SiO2表面改性效果的影响,分别试验了球磨速度为351r/min、401r/min和451r/min经3h、3.5h、4h球磨改性。实验结果表明当υ=401r/min, t=3.5h时,加入5wt%的KH570时纳米SiO2表面改性效果最好。根据-OH与-NCO的不同摩尔比及相应的接触角,在本实验中选用了n（-OH）/n（-NCO）=1的羟基丙烯酸聚氨酯。将2.5wt%、5wt%、7.5wt%的改性纳米SiO2分别与羟基丙烯酸聚氨酯机械混合制得纳米复合涂层。并用SEM,纳米压痕仪及接触角测量仪对所得的涂层进行表征,结果发现所得涂层并未呈现出超疏水特性,但纳米SiO2的加入对涂层的其他诸多性能例如硬度、弹性模量等产生了显著影响,尤其是对其抗紫外能力的提高,使其有可能乃用于石质文物保护。为了对比,未改性的纳米SiO2也与羟基丙烯酸聚氨酯进行了复合。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
ACKNOWLEDGEMENT  8-11
LIST OF TABLES  11-12
LIST OF FIGURES  12-15
LIST OF FORMULAS  15-16
CHAPTER 1 INTRODUCTION  16-24
  1.1 Background and Significance  16-17
  1.2 Present Situation of Historic Preservation  17-19
    1.2.1 Early Materials for Protection of Stone Relics  17-18
    1.2.2 New Protection Materials in Historical Relics  18-19
  1.3 Achievements and Issues of Superhydrophobic Coating  19-21
    1.3.1 Development and Problem  19-20
    1.3.2 Key Properties of Nanosilica as Inorganic Fillers  20-21
  1.4 Problems in Protection Materials for Historical Relics  21-22
  1.5 Major Research Content of the Topic  22-24
CHAPTER 2 EXPERIMENTS  24-38
  2.1 Raw Materials  24-26
    2.1.1 Silica Nanoparticles  25
    2.1.2 Acrylic  25-26
    2.1.3 Polyurethane (PU)  26
  2.2 Experimental Principle  26-34
    2.2.1 Fabrication of Superhydrophobic Coating  26-31
    2.2.2 Surface Modification of Silica Nanoparticle  31-34
  2.3 Characterization  34-38
    2.3.1 Surface Modification of Silica Nanoparticle  34-36
    2.3.2 High Solid Acrylic Based Polyurethane Nanocomposite Coating  36-38
CHAPTER 3 RESULTS AND DISCUSSION  38-80
  3.1 Surface Modification of Nanosilica  38-71
    3.1.1 Modification Methods  38-42
    3.1.2 Surface Modifiers  42-47
    3.1.3 Concentration of Kh570  47-54
    3.1.4 Ball Milling Parameters  54-71
  3.2 Acrylic-Based Polyurethane Nanocomposite Coating  71-80
CHAPTER 4 CONCLUSIONS  80-82
REFERENCES  82-86

相似论文

  1. 利用作物秸秆制备高性能吸附材料并用于水中多环芳烃治理,X712
  2. 不同类型亲水结构表面修饰聚氨酯的合成及其生物相容性研究,R318.08
  3. 聚苯胺/短纤维增强天然橡胶性能研究,TQ330.1
  4. 两种高温合金激光表面改性技术的研究,TG174.4
  5. 常压等离子体对碳纤维的表面改性及其放电过程的数值模拟,TQ342.742
  6. PBO纤维表面常压等离子体处理研究,TS195.6
  7. 燃料电池不锈钢双极板及其实验和仿真,TM911.4
  8. 常压脉冲射频等离子体放电对高强高模聚乙烯纤维的表面改性,TQ342.61
  9. 炭/炭复合材料+羟基磷灰石涂层（C/C+HA）复合骨植入材料研究,R318.08
  10. 多孔钛的粉末烧结制备与性能研究,R783.1
  11. 镀镍铜框架表面改性及提高与EMC粘附力的研究,TN305.94
  12. 纳米TiO_2的表面改性及其对聚氨酯涂层耐蚀性能的影响,TB383.1
  13. 纳米二氧化钛的复合改性及其光催化性能的研究,TB383.1
  14. 溶液共混法制备聚醚醚酮/羟基磷灰石复合材料,TB332
  15. 纳米Mg（OH）_2阻燃剂的表面改性及其在聚丙烯中的应用,TB383.1
  16. 纳米聚硅调剖堵水材料的研制与应用,TB383.1
  17. 超高分子量聚乙烯基固体润滑剂添加剂改性及应用研究,TE624.82
  18. 天然重晶石粉末表面改性及工艺流程设计,TQ630.4
  19. 航空用新型RTV-2有机硅胶黏剂的研制,TQ433
  20. PPTA纤维的表面改性及应用,TQ340.6

中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
© 2012 www.xueweilunwen.com