自分层形成疏水亲油涂层及其在油水分离滤材的应用

发布时间：2020-05-08 20:03

【摘要】：燃油中的污染水是导致燃油品质下降的一个主要原因,污染水的存在会对发动机零部件造成磨损和堵塞。因此除去油液中的污染水十分必要。发动机是利用油水分离滤清器上的疏水亲油功能过滤材料实现燃油中污染水的去除,而油水分离滤材核心技术在于滤材疏水亲油的调控,目前国内市面上仍无成熟的油水分离树脂产品。本论文通过制备不同性质的含氟丙烯酸酯乳液并对普通丙烯酸增强乳液进行共混改性,利用共混两组分间的表面能差异作为推动力,通过调控共混乳液体系的性质,并研究其在成膜和固化过程中对形成涂膜自分层的影响,制备出具有优良疏水亲油功能涂层;将共混乳液体系应用于玻纤过滤基材制备油水分离功能滤材,并研究材料的油水分离效率,为高效油水分离滤材的制备提供思路。具体研究内容如下:首先,以甲基丙烯酸十二氟庚酯(G04)、甲基丙烯酸十八酯(SMA)、硅烷偶联剂(A-151)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸(MMA)、N-羟甲基丙烯酰胺(NMA)为共聚单体,采用预乳化种子半连续乳液聚合法制备含氟丙烯酸酯乳液。考察了乳化剂比例及用量、单体预乳化工艺,助溶剂用量,聚合物组成(氟单体、SMA单体及硅烷偶联剂A-151用量),链转移剂用量等因素对制备含氟丙烯酸酯乳液稳定性的影响。结果表明:采用聚合型乳化剂SR-10和ER-10(SR-10:ER-10=2:1),且乳化剂用量为单体总量的2.0wt%,采用高速分散机进行单体预乳化(转速为6000rpm),链转移剂用量为0.5wt%,在含氟单体用量在30wt%~60wt%,助溶剂A用量在10wt%~20wt%,SMA用量在0~20wt%,硅烷偶联剂A-151用量在0~4wt%范围内,可制备稳定性优良的不同性质的含氟丙烯酸酯乳液。其次,将制备的不同性质含氟丙烯酸酯乳液与丙烯酸乳液进行共混,研究共混乳液各影响因素对涂膜自分层行为过程及涂膜表面润湿性能的影响。具体考察了含氟乳液中氟单体的含量、共混两组分比例、SMA及A-151含量、共混体系两组分间的玻璃化转变温度,乳胶粒粒径差异以及固化温度对共混乳胶膜表面润湿性能的影响,并通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜-电子能谱(SEM-EDS)研究含氟元素(基团)在共混体系涂膜中的分布情况。结果表明:含氟丙烯酸酯乳液中的氟单体用量越大,共混组分中含氟丙烯酸酯乳液比例越高,共混体系涂膜的自分层行为越明显,表面水、油接触角增大,SMA单体、A-151单体的加入可进一步提高共混体系的疏水性及亲油性能。共混乳胶膜的最佳固化温度为150℃,且含氟丙烯酸酯乳液玻璃化转变温度的降低和粒径的减小,也有利于共混涂膜自分层现象的发生。FT-IR、SEM-EDS测试结果表明共混乳液的涂膜表面氟元素含量高于涂膜底部,XPS测试结果显示涂膜表面氟元素含量(18.72wt%)远高于涂膜底部(3.32wt%)及共混体系平均氟元素含量(3.54wt%),这是由于低表面能的含氟组分迁移到涂膜表面,证明共混乳液在成膜时会产生明显自分层现象。最后,将共混乳液体系应用于玻纤基材制备油水分离过滤材料并研究滤材的油水分离性能。考察共混体系两组分的共混比例及含氟乳液的化学组成(氟单体、SMA及A-151单体的含量)对共混乳液浸渍后的滤材疏水亲油性能的影响。结果表明共混乳液应用于纸基材料后对过滤材料润湿行为的影响与共混乳液涂膜自分层形成的涂层保持一致。孔径分布、透气度测试及SEM电镜分析结果表明共混体系浸渍后的玻纤滤纸仍具有较好的孔隙结构,保持优异的过滤性能。研究具有不同润湿行为的滤材对油水分离效率的影响,结果表明:在常压下进行油水分离实验,油水分离材料的静态疏水性主要影响材料的油水分离效率,滤材的亲油性主要影响材料的初始过滤阻力;而滤材的表面润湿行为主要影响滤材过滤阻力的上升趋势。采用本项目研究的共混乳液体系制备得到的油水分离滤材,油水分离效率达到99.18%,并且玻纤滤纸经过10次油水分离效率仍为98.47%,具有较好的连续使用性能。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34

【参考文献】