SiO_2-PDMS复合耐腐蚀涂层制备与性能研究

【摘要】随着我国海洋经济的发展,以及海洋环境的逐渐恶化,对海洋工程用混凝土的耐久性提出了更高的要求。目前市场上应用的涂料虽能提供一定的保护效果,但还存在着诸如渗透性差、附着力小等缺点,而且会封闭混凝土的孔洞,不利于内部水汽的挥发。有机-无机复合涂料结合了有机材料和无机材料的优点,具有优异的防腐效果。本文采用溶胶-凝胶法,以正硅酸四乙酯(TEOS)作为无机组分前驱体,聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为有机组分前驱体,在中性催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTL)的作用下,制备SiO2-PDMS复合溶胶及纳米颗粒改性的SiO2-PDMS复合溶胶,将其涂覆在混凝土及载玻片上,通过扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、静态接触角等表征涂层的性能。试图制备溶胶稳定、性能优异的有机-无机复合涂层,为实际的混凝土防腐提供参考。(1)通过在TEOS中加入PDMS,制备SiO2-PDMS复合溶胶。该复合溶胶粘度小,在混凝土中具有较好的渗透性,并且能够保持混凝土的“呼吸”特性。与未加PDMS时的SiO2涂层相比,加入适量的PDMS能够显著提高涂层的疏水性能,降低试样的吸水率,但当加入的PDMS过多时,复合溶胶的稳定性及其涂层疏水性能均下降。本实验中,当PDMS的添加量为43%时,复合溶胶具有最优异的性能。(2)改变去离子水的添加量,研究其对溶胶-凝胶过程的影响。结果表明,当加入的去离子水较少时,TEOS水解速率较慢,水解不完全,倾向于发生逐步水解聚合反应,生成链状的聚合物；当加入的去离子水较多时,会促进TEOS的水解反应,提高水解反应的速度,有利于形成体型结构的聚合物；加入过多的去离子水时则会出现白色沉淀,且白色沉淀的量随水的添加量的增加而增大。本实验中,当R=2时,复合涂层具有最佳的综合性能,此时加入的水刚好能使前驱体完全水解。(3)在SiO2-PDMS复合溶胶中添加纳米SiO2,研究其对复合涂层的影响。结果表明,当纳米粒子的添加量大于2%时,涂层表面具有一定的粗糙度,涂层疏水性能增强,且接触角随纳米粒子添加量的增加而增大。但过多的纳米粒子会降低涂层的其他性能。本实验中,当纳米粒子的添加量为5%时,复合涂层具有最佳的综合性能。(4)制备纳米TiO2、纳米A12O3改性SiO2-PDMS复合涂层,纳米Al2O3能增强复合涂层的耐紫外老化性能。
【作者】刘小亮；
【导师】杨辉；
【作者基本信息】浙江大学，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】溶胶-凝胶法；有机-无机复合涂层；聚二甲基硅氧烷；纳米颗粒；加水量；疏水性；耐腐蚀性；

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