微凝胶构筑的双敏减阻涂层的研究
本文选题:N-异丙基丙烯酰胺 + 微凝胶 ; 参考:《北京化工大学》2016年硕士论文
【摘要】:在海洋航行领域,减阻和防污是悠久的话题。在航行器表面涂覆涂层来实现上述目标是一种简便的手段。本文通过对同时具有温敏性和盐敏性的涂层进行研究,提出了一种减阻和防污的新思路。具体工作如下:1.N-异丙基丙烯酰胺(NIAPM)为单体,聚乙二醇甲氧基丙烯酸酯(PEGMA)大分子单体为反应型稳定剂,双丙烯酰胺(BIS)为交联剂,制备具有温敏性和盐敏性的P(NIPAM-PEGMA)微凝胶,并加入甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)单体,使微凝胶具有可开环交联的环氧侧基。结果显示,以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为单体、双丙烯酰胺为交联单体、PEGMA为反应型稳定剂,可以制备出微纳米尺度的双敏性的微凝胶,PEGMA用量增多微凝胶粒径减小,而温敏性和盐敏性减弱。2.采用无皂乳液聚合法制备丙烯酸酯聚合物乳液,作为涂层的基底材料。聚合物乳液制备过程中,通过调节甲基丙烯酸酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BA)的比例调节聚合物的玻璃化温度(Tg),并加入GMA单体,使聚合物具有可开环交联的环氧侧基。结果显示MMA/BA/GMA质量比例为25:15:1、设计固含量为5%、引发剂偶氮二异丁基醚盐酸盐(AIBA)占单体质量的13%,聚合温度为70℃的反应条件下,反应24小时,聚合转化率可达98.2%,乳液粒径为290.7nm,且粒径分布均匀,乳液在低于10℃环境中可长期贮存(6个月)。3.使用上述微凝胶与丙烯酸酯聚合物乳液共混,加入聚乙烯亚胺(PEI)交联剂,进行涂覆、80℃加热交联,获得涂层。考察了PEI分子量及其用量等对涂层性能的影响规律。结果显示,聚合物中的环氧侧基与PEI反应实现交联,在所考察的分子量分别为1000、2000、5000的PEI中,分子量为2000且PEI中胺基与聚合物中环氧基团的摩尔比例为0.6时的凝胶含量最高、交联效果最好。4.采用扭矩测定法考察了涂层配方和环境因素对涂层水流阻力的影响,包括微凝胶用量、微凝胶中PEGMA含量、微凝胶粒径,以及温度和水相盐浓度等。结果显示:涂层中微凝胶含量升高,涂层对水流的减阻效果先升后降,在微凝胶含量为8%时达到最佳,减阻率接近50%;微凝胶中PEGMA单元含量升高,减阻效果改善;温度升高减阻率减小,在微凝胶LCST对应的温区出现突变;水相盐浓度升高,减阻率减小。动态光散射研究表明,微凝胶的温敏性和盐敏性赋予微凝胶/丙烯酸酯聚合物涂层对水的流体力学阻力表现出对温度和水相盐浓度的敏感性。5.采用异硫氰酸荧光素标记牛血清蛋白(BSA-FITC)考察了涂层配方和环境因素对涂层抗蛋白吸附效果的影响。结果表明,涂层中微凝胶含量升高,抗蛋白吸附效果改善。与微凝胶用量为零的参比涂层相比,涂层中微凝胶质量含量达12%时,蛋白吸附抑制率为90%(15℃环境温度);微凝胶中PEGMA单元含量升高,涂层抗蛋白吸附效果提高;涂层中微凝胶质量含量为9%时,环境温度37℃、15℃,15℃和37℃交替变化三种条件,抗蛋白吸附效果依次提高,蛋白吸附抑制率增至90%,涂层表面的动态特性有助于抑制蛋白吸附。6.微凝胶/丙烯酸酯聚合物涂层同时具备减阻效果和抗蛋白吸附效果。
[Abstract]:In the field of marine navigation, drag reduction and antifouling are a long topic. Coating the surface of the aircraft on the surface of the aircraft is a convenient means. In this paper, a new way of reducing resistance and antifouling is proposed by studying the coating with both temperature sensitivity and salt sensitivity. The specific work is as follows: 1.N- isopropyl acrylamide (NIAPM) For monomer, polyethylene glycol methoxy acrylate (PEGMA) macromolecular monomer as reacting stabilizer and diacrylamide (BIS) as crosslinker, P (NIPAM-PEGMA) microgels with temperature sensitivity and salt sensitivity were prepared and added with glycidyl methacrylate (GMA) monomers to make the microgels with open ring crosslinked epoxy side groups. The results showed that N- Isopropyl acrylamide (NIPAM) is a monomer, double acrylamide is crosslinked monomer and PEGMA is a reactive stabilizer. Micro and nano scale UNIKA microgel can be prepared. The size of PEGMA is increased and the particle size of microgel decreases, while the Wen Min property and salt sensitivity of.2. are prepared by soap free emulsion polymerization to prepare acrylate polymer emulsion as coating. Base material. During the preparation of polymer emulsion, the glass transition temperature (Tg) of the polymer is adjusted by adjusting the proportion of methacrylate (MMA) and butyl acrylate (BA), and GMA monomer is added to make the polymer have open link epoxy side. The result shows that the mass ratio of MMA/BA/ GMA is 25:15:1, the design solid content is 5%, and the initiator pair is designed. Nitrogen two isobutyl ether hydrochloride (AIBA) accounts for 13% of the mass of the monomer, the polymerization temperature is 70 C, the reaction is 24 hours, the polymerization conversion rate is up to 98.2%, the particle size of the emulsion is 290.7nm, and the particle size distribution is uniform. The emulsion can be stored for a long time in the environment below 10 centigrade (6 months).3. by blending the microgel with the acrylic polymer emulsion. Polyethyleneimine (PEI) crosslinker was applied to coating and heating crosslinking at 80 C to obtain the coating. The effect of PEI molecular weight and its amount on the performance of the coating was investigated. The results showed that the epoxy side in the polymer was linked to the PEI reaction, and the molecular weight of the molecular weight was 2000 and the amino group in PEI was in the PEI of the molecular weight of 100020005000. The gel content is the highest when the molar ratio of the epoxy group in the polymer is 0.6, and the best crosslinking effect is.4.. The effect of the coating formula and environmental factors on the flow resistance of the coating is investigated by the torque determination method, including the amount of microgel, the PEGMA content in the microgel, the microcoagulating particle diameter, the temperature and the salt concentration of the water phase. With the increase of the content of the microgel, the drag reduction effect of the coating on the water flow first rises and then drops, when the microgel content is 8%, the drag reduction rate is close to 50%, the PEGMA element content in the microgel is increased, the drag reduction effect is improved, the temperature increase and drag reduction rate decreases, the temperature zone corresponding to the microgel LCST appears abruptly, and the water phase salt concentration increases and the drag reduction rate decreases. The study of dynamic light scattering shows that the temperature sensitivity and salt sensitivity of microgel give microgel / acrylate polymer coating the resistance to hydrodynamics of water. The sensitivity of.5. with fluorescein labeled bovine serum protein (BSA-FITC) with isothiocyanate (fluorescein) was used to investigate the coating formula and environmental factors on the anti protein absorption of the coating. The results show that the content of microgel in the coating is increased and the effect of anti protein adsorption is improved. When the microgel content is 12%, the inhibition rate of protein adsorption is 90% (15 degrees C), the content of PEGMA unit in microgel increases and the effect of anti protein adsorption in the coating is improved. When the mass content of the microgel in the coating is 9%, the environment temperature is 37, 15, 15 and 37, the effect of protein adsorption is increased in turn and the inhibition rate of protein adsorption is increased to 90%. The dynamic characteristics of the coating surface will help to inhibit the adsorption of.6. microgel / acrylic polymer coating with the inhibition effect and anti protein at the same time. Adsorption effect.
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:U671;U668.3
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,本文编号:2019519
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