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水性有机硅防污涂料的制备及其性能研究

刘思逵  
【摘要】:传统溶剂型防污涂料在生产和应用的过程中,由于需要使用有机溶剂,不仅对环境造成破坏,而且会消耗大量化石能源,因此研发水性涂料是其重点发展方向。目前水性有机硅涂层并没有明确的固化机理,对于有机硅乳液作为主要成膜物相关研究较少。本文以有机硅乳液作为成膜物,硅烷偶联剂作为固化剂,有机锡作为催化剂,成功制备出三组份水性低表面能防污涂层。通过探究固化剂类型和含量对涂层性能的影响,得到水性有机硅涂层的基础配方为有机硅乳液(A组份):KH-570(B组份):有机锡(C组份)质量比为10:0.5:0.1。以阳离子型有机硅乳液和阴离子型有机硅乳液为成膜物,通过红外光谱测试、接触角测试、力学性能测试、表面形貌观察以及防污性能测试表征水性有机硅涂层,从而探究乳化剂对有机硅涂层结构与性能的影响。实验结果表明乳化剂十八烷基三甲基溴化铵和十二烷基苯磺酸钠会减少海洋细菌在涂层表面的附着量,使得水性有机硅涂层可以更好的防止污损生物的附着;以十八烷基三甲基溴化铵为乳化剂的阳离子型有机硅乳液作为成膜物时,得到的水性有机硅涂层具有较为优异的综合力学性能以及防污性能。为解决粉体团聚的问题,本文采用润湿分散剂处理纳米粉体,使得纳米粉体可以稳定分散在水中,制备气相SiO2浆料和CNTs/气相SiO2浆料,并对其进行分散稳定性测试和粒径大小表征。润湿分散剂SD5027含量为1%时,制备出的气相SiO2浆料的稳定性最佳。润湿分散剂W996添加量为1%,CNTs的添加量为4%时,制备出的CNTs/气相SiO2浆料稳定性最好。将纳米浆料添加到水性有机硅涂层的基础配方中,制备出纳米复合水性有机硅涂层,并对复合涂层进行表界面性能和力学性能表征。气相SiO2复合水性有机硅涂层中,气相SiO2提高了涂层的疏水性,并在其浆料含量为15%时,复合涂层的疏水性最好,表面自由能达到最低值11.96 mJ/m2,涂层的断裂强度和延伸率最为优异。在CNTs/气相SiO2复合水性有机硅涂层中,探索了不同官能化改性后CNTs浆料对涂层性能的影响,当CNTs/气相SiO2浆料含量为15%时,复合涂层表面自由能T13TC13TH13,表面自由能最低9.0 mJ/m2,复合涂层的力学性能TC13TH13T13,普通CNTs对涂层的力学性能增强效果明显,羧基和羟基改性CNTs会影响涂层的交联行为,从而无法达到较好的增强效果。


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