TD型有机硅改性环氧连接层树脂的制备及性能研究

作     者：王康博 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于静;王利

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：连接层 有机硅弹性体 有机硅改性环氧树脂 污损释放型防污涂层 

摘      要：根据海洋污损生物的粘附机理,有机硅污损释放型防污涂层(SFRC)能利用自身特性有效降低海洋污损生物在其表面的附着强度,抑制污损生物的附着,具有对环境友好和防污期效长的优势,应用前景广阔。由于SFRC与环氧底漆所采用成膜树脂的物质组成及其化学结构相差较大,两者之间的相容性较弱,直接在环氧防腐底漆表面涂装SFRC,易在干湿交替、压力交变等应用工况下脱落失效,因此需要在有机硅污损释放型防污涂层与环氧防腐底漆之间引入中间连接层,形成配套体系,从而更好的发挥SFRC的防污作用。本论文针对船舶水下通用环氧防腐底漆和污损释放型有机硅面漆表面特性,开展TD型有机硅改性环氧连接层树脂的制备及性能评价研究。有机硅D型单体属于双官能团硅烷,聚合后的长链具有柔性特征,有机硅T型单体为三官能团硅烷,属于硅树脂中的交联单元,为其与有机硅面漆的结合提供更多的交联点,充分发挥TD型有机硅树脂多活性端基、柔性分子主链、与有机硅面漆相容性好的优点。通过正交实验设计,以TD型有机硅树脂的粘度、固含量为参照,探究合成TD有机硅树脂的反应条件,研究发现TD型有机硅树脂的较佳反应条件为:加热65℃、p H=5、用水量为理论用水量的0.8倍、反应时长3 h。在探究的较佳反应条件下制备了TD型有机硅树脂,通过FT-IR、TG对TD型有机硅树脂结构表征,反应物在3400 cm处Si-OH振动吸收峰消失,TD型有机硅树脂在1030～1200 cm处的Si-O-C峰增强,利用凝胶渗透色谱(GPC)对产物分子量进行分析,结果表明,产物分子量是反应物的7倍以上,证明了有机硅树脂的合成。通过TD型有机硅树脂与不同羟值环氧树脂,采用物理共混和化学结合制备TD型有机硅环氧树脂。通过调节TD型有机硅树脂中苯基组分含量,改善有机硅树脂与环氧树脂的相容性,研究发现,随着苯基含量的升高,相容性逐步增强。采用红外光谱表征有机硅化学改性环氧树脂缩合反应程度,结果表明随着苯基含量的升高,缩合反应程度逐步增强。通过材料综合性能测试仪测定合成树脂的综合力学性能,通过接触角测量仪测定树脂固化后的表面能,结果表明有机硅物理共混环氧树脂的弹性模量在41.68～121.94 Mpa之间,表面能约为27.35 m J/m,化学缩合环氧树脂的弹性模量为2.39～30.06 MPa,表面能25.58 m J/m,两种方法制备的有机硅改性环氧树脂表面能均处于环氧底漆和有机硅面漆之间,满足连接层与环氧底漆和有机硅面漆的涂装浸润需求。选择AP51(1:4)和AC51(1:4)为中间漆基体树脂,进行配套连接涂层的制备研究。以TD型有机硅改性环氧树脂为基体树脂探究连接漆配方。研究发现以氨基硅树脂为固化剂,添加量为50%,连接漆与面漆、底漆的粘附力分别达到1.28 MPa、4.0 MPa。在固化剂种类及添加量确定的条件下,采用3%的双氨基硅烷与0.8%的硅酸乙酯复配,作为附着促进剂,自制连接漆与面漆的粘结力达到1.59 MPa,与环氧底漆粘附力达到4.51 MPa。进一步引入塑胶作为附着促进剂,添加量为10%时,连接漆与底漆粘附力达到1.61 MPa,与底漆粘附力达到4.30 MPa,最终确定以氨基硅树脂为固化剂,以双氨基硅烷、硅酸乙酯、塑胶为附着促进剂的连接漆配方。按照防腐底漆-中间连接漆-污损释放型防污涂料配套涂装,开展海水浸泡实验。浸泡7 d的样板均无起泡、开裂现象,浸泡15 d样板表面有少量菌落形成,无起泡、开裂现象。通过对自制中间漆黏附面漆的小舟藻、三角褐指藻密度,探究自制中间漆对污损释放型防污面漆防污效果的影响,实验结果表明自制中间连接漆对面漆防污效果无影响。