论文总字数：19066字

摘 要

在日常生活中，织物随处可见，可织物都极易沾染污渍，这是因为织物的多孔结构使它具有亲水性质。为了改善这种性质，研究者们在织物表面覆盖了一层薄膜，这样织物不仅疏水，也有自清洁等作用，大大地拓展了织物的使用功能，但涂层在使用过程中经常会有划痕损伤，补涂费时费力，因此拥有自修复能力的涂层应用前景十分广泛。在大多数文献中，对涂层的自清洁等问题都有详细阐述，但几乎都没有深入地研究自修复。

这里，我们以环氧树脂为基体，将硅烷引入主链，环氧树脂和端环氧基硅油与糠胺中呋喃基团反应，将生成的两种低聚体混合后加入马来酰亚胺树脂，通过DA反应得到呋喃基团与马来酰亚胺基团形成交联低聚体，此涂层具有热可逆性。然后以棉布、滤纸、化纤三种材料为基体，采用提拉法制备涂层。对三种涂层进行红外、荧光、自清洁、自修复、油水分离等测试。结果表明，将硅烷引入主链后，确实能改善涂层自修复性能，并且三种基体材料中，棉布的效果是最好的。

关键词：自修复 环氧树脂涂层 热可逆性 疏水

Preparation and properties of silane modified epoxy resin coating

Abstract

Fabric can be found all over the place in our daily life, but it is easy to pick up stains because its porous structure makes it hydrophilic. In order to improve the properties of the researchers on the fabric surface covered with a layer of thin film, this fabric is not only the hydrophobic, also has the effect such as self-cleaning, greatly expand the function of the use of the fabric, but the coating is in use process will often have Nick damage, filling besmear laborious, therefore has self-healing ability of coating application prospect is very broad. In most literatures, self-cleaning of coatings and other problems are described in detail, but almost no in-depth research on self-repairing.

Here, we with epoxy resin as matrix, introducing silane main chain, epoxy resin and end epoxy silicone oil react with furan in furfural amine groups, the generated two blend to join oligomers maleimide bmi, furan groups is obtained by DA reaction with maleic imide group low crosslinked polymers, this coating has a thermal reversible. Then the coating was prepared with cotton cloth, filter paper and chemical fiber as the base. Infrared, fluorescence, self - cleaning, self - repairing and oil - water separation tests were carried out on the three coatings. The results show that silane can improve the self-repairing property of coating, and cotton is the best of the three base materials.

KEY WORDS: Self-sealing; Epoxy Coating; Thermal Reversibility; Hydrophobi

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1环氧树脂简介 1

1.2涂层的基本性质 2

1.2.1疏水、自清洁等基本性质 2

1.2.2自修复性质 3

1.3主要的自修复机理 4

1.3.1埋植型自修复 4

1.3.2本征型自修复 4

1.4研究目的与主要研究内容 5

第二章 实验部分 7

2.1实验原料 7

2.2实验器材 8

2.3实验内容 8

2.3.1预聚体的合成 8

2.3.2涂层的制备 10

2.4表征 10

2.4.1傅里叶变换红外光谱（FTIR） 10

2.4.2接触角测试 10

2.4.3扫描电子显微镜（SEM） 11

2.4.5荧光光谱 11

第三章 结果与讨论 12

3.1预聚体的化学结构 12

3.2涂层材料的化学结构 12

3.3涂层的自清洁 14

3.4涂层的油水分离 15

3.5涂层的荧光性质 15

3.6涂层的自修复 16

3.6.1涂层对化学损伤的自修复 16

3.6.2涂层对化学损伤的自修复 16

第四章 结论 18

参考文献 19

致谢 22

第一章 绪论

高分子材料具有质量轻，易加工，耐磨性优良等优点，广泛应用于日常生活和工业生产中。但在使用过程中材料表面会出现细小划痕，这些不仅会影响材料的美观，材料性能也会出现不同程度的弱化，加快基体材料的腐蚀，缩短材料使用寿命。如果材料出现损伤，传统做法是重新喷涂，或者用修补剂重新补涂，这样既浪费资源，又会造成安全隐患。所以，近年来，自修复聚合物涂料引起了学术界和工业界的广泛关注，因为该涂层能恢复美学外观，并且可以大大延长使用寿命，提高成本效率。在过去的几十年里，自修复的概念是聚合物涂层表面损伤的修复，在外界刺激下自发实现划痕闭合。这种自修复涂层是通过创建各种聚合物网络，以实现聚合物涂层在不同刺激下的自修复。实验室中一般是用环氧树脂作为基体聚合物，是因为环氧树脂应用广泛^[1,2]。很多环氧树脂涂层自修复是基于埋植型自修复的机理，但是这种修复需要催化剂且催化剂价格昂贵，容易猝灭，无法多次自修复。还有一种方法是通过硅烷改性环氧树脂来进行更适用于实际生活的自修复。需要设计并制备硅烷改性环氧树脂涂料，合成具有低表面张力和呋喃基团的硅烷改性的环氧低聚物，同时控制低聚物的分子量，以确保它们具有良好的流动性。随后，在这些低聚体之间建立可逆和不可逆键，以达到良好的流动性和力学性能之间的平衡。该涂料既具有良好的性能，又具有广泛的耐热性能。环氧树脂涂层的形状记忆效应、表面张力驱动和黏度三者之间的竞争关系决定了塑性变形、裂纹形成和材料修复性能的好坏，涂层的厚度也对裂纹的闭合和修复性能有很大影响。同时，涂层的自修复对于聚合物在不需要额外涂装工作的情况下实现损伤的自主修复或外力驱动修复具有极其重要的意义^[3,4]。

1.1环氧树脂简介

环氧树脂有环氧特征基团，环氧基团可开环进行线性聚合，也可进行交联固化。用环氧树脂作为基材的涂料具有良好的性能和广泛的裂缝修复能力，其设计原则是低表面张力和可逆交联点。只有经过固化之后的环氧树脂才能具有三维交联网状结构。环氧树脂由环氧氯丙烷和双酚A缩聚而成，从而具有耐热性好、韧性好的双酚A基团和耐化学腐蚀的醚键，所以环氧树脂广泛应用于防腐、装饰等领域。环氧树脂有良好的物理机械性能和耐化学品性能，同时电绝缘性和耐热性也较好，还主要应用于涂料，胶黏，电子电器等^[5]。环氧树脂也是户外材料的一种，所以需要它有时要具有特殊的性能，比如自清洁力和透明性，所以涂层功能化的赋予也是一项有意义的研究内容。

1.2涂层的基本性质

1.2.1疏水、自清洁等基本性质

自然界中，荷叶具有自洁，疏水的性质，内惠斯认为，荷叶的自洁性是由于荷叶组织中存在突出和表皮蜡所致，并进一步提出了超疏水表面的概念：水滴在表面具有较大的接触角和较小的滑动角。超疏水表面的概念逐渐进入研究者的视野，引起了人们的关注。一般来说，水接触角大于150°的表面通常称为超疏水表面。值得一提的是，其他生物表面，包括植物和动物，由于其特殊的形态和表面化学，也表现出优异的超疏水性。这些超疏水表面的性质可以分为三个方面:低附着超疏水性(荷叶、蚊子的眼睛)、高附着超疏水性(壁虎)和各向异性超湿性(水稻叶片和蝴蝶翅膀)^[6,7]。受大自然的启发，充分的粗糙性和适当的表面能量最终会导致超疏水性。受这一现象的影响，大量基于仿生的人工超疏水表面得到了广泛的设计和制造。近年来，不同的微/纳米尺度二元结构超疏水表面具有高静水接触角和低滞后特性，为其在工业和生物领域的应用开辟了新的可能性^[8]。

随着超疏水材料技术的发展和人们对可持续环境的要求，超疏水材料的理论研究和分析技术近年来受到了广泛的关注。例如，纺织品本质上具有多孔性、粗糙性、柔韧性和亲水性。在其表面覆盖一层疏水膜，这样在日常生活中就不会沾染污渍。其中，环氧树脂聚合物以其良好的柔韧性、良好的加工性能和较低的成本成为最有前途的超疏水表面材料之一。此外，共价键连接的聚合物，它由复杂的树枝、结构单元和官能团组成的大分子链组成，具有多种构型，可用于许多需要低粘附和低摩擦的应用。更重要的是，通过表面引发自由基聚合和气相聚合可以很容易地制备出多功能聚合物扫描体，这为制备聚合物超疏水表面提供了大量的方法。基于这一特性，聚合物超疏水表面在自洁、自修复、抗冻、抗菌、油水分离等领域得到了广泛的应用^[9,10]。有趣的是，聚合物已经被制备成可以利用外部刺激可逆地在超疏水性和超亲水性之间切换的智能表面。

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