超疏水聚氨酯涂层的制备与性能研究

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1、硕士学位论文超疏水聚氨酯涂层的制备与性能研究作者姓名王瑞学科专业材料学指导教师刘维锦教授所在学院材料科学与工程论文提交日期2018年4月PreparationandPropertiesofSuperhydrophobicPolyurethaneCoatingsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WangRuiSupervisor：Prof.LiuWeijinSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TQ323.8学校代号：10561学号：2015201

2、14684华南理工大学硕士学位论文超疏水聚氨酯涂层的制备与性能研究作者姓名：王瑞指导教师姓名、职称：刘维锦教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：材料学研究方向：橡胶、塑料、纤维工程与理论论文提交日期：2018年4月27日论文答辩日期：2018年6月1日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：吴叔青刘维锦卢珣严玉蓉邱志明主席：_____吴叔青________委员：__刘维锦___卢珣___严玉蓉邱志明__摘要超疏水涂层因其独特的性能，在远洋航轮、石油管运、以及防污防腐等领域具有广泛的应用，是目前材料表面研究领域的热点之一。材料表面的疏水性是表面自由能和表面

3、粗糙度共同作用的结果，通过改变材料表面的化学组成和表面粗糙结构可以有效地调控材料表面的疏水性。本文旨在制备出具有超疏水性能的聚氨酯涂层，并主要进行了以下三个方面的工作：（1）以端羟基含氟聚硅氧烷(PDSF)为改性剂，合成了含氟聚硅氧烷改性的聚氨酯（FSiPU）。对产物的结构进行了表征，并研究了合成条件对产物性能的影响。通过对反应过程中NCO基团含量的跟踪确定了预聚反应时间为3h，反应温度为80℃时为最佳预聚反应条件。接触角测试表明：当聚氨酯中PDSF的添加量为5wt%时，静态水接触角提高到118°，表面自由能降至15.70mN/m，疏水性提高。XPS测试表明：FSiPU表面硅、

4、氟元素的实测含量要高于理论值，出现氟、硅元素在聚氨酯表面富集的现象。AFM分析表明：PDSF的加入使聚氨酯的表面相分离程度增加。（2）以DMF为溶剂，将FSiPU与PMMA共混制备混合分散液，结合相分离作用，采用滴落成膜法制备了FSiPU/PMMA复合涂层。采用接触角测试和扫描电镜研究了FSiPU/PMMA复合涂层表面的疏水性和表面形貌，研究了溶剂挥发温度、FSiPU/PMMA的配比对涂层表面疏水性的影响；实验结果显示：将PMMA添加到FSiPU中可以有效地构筑微纳米粗糙结构的表面，当FSiPU与PMMA的质量比为4:6时，室温下待DMF挥发成膜，制备的聚氨酯涂层表面接触角达到

5、了155°且滚动角小于10°，且具有良好的自清洁能力。（3）将聚乙烯吡咯烷酮（PVP）添加到聚氨酯（PU）中，结合浸没沉淀相转化法制备出了具有孔洞结构的粗糙表面，再修饰以低表面能物质，制备了超疏水聚氨酯涂层。研究了PVP分子量、添加量，凝固浴温度，表面修饰条件等对涂层表面疏水性和表面形貌的影响。接触角测试和扫描电镜分析表明：当采用分子量为40000的PVP，添加量为30wt%时可有效地构筑粗糙表面；用0.5wt%的甲基三氯硅烷的正己烷溶液对I涂层处理2h后制备的涂层的疏水效果最好，接触角为157°，滚动角小于10°，并且具有良好的耐酸碱性和耐磨性。关键词：聚氨酯；超疏水；氟硅改

6、性；微纳米粗糙结构IIAbstractSuperhydrophobiccoatingshavebeenwidelyusedinoceanshipping,oilpipelinetransportation,constructionequipmentandantifoulingandanticorrosionduetotheiruniqueproperties.Itisoneofthehotspotsinthestudyofmaterialsurface.Thehydrophobicityofthematerialsurfaceistheresultofthesurfacefre

7、eenergyandthesurfaceroughness.Therefore,thehydrophobicityofthematerialsurfacecanbechangedbyartificiallychangingthechemicalcompositionandtheroughsurfacestructureofthematerialsurface.Theaimofthispaperistopreparepolyurethanecoatingswithsuper-hydrophob