氟烷基改性聚硅氧烷的合成及消抑泡性能研究

论文摘要

氟烷基改性聚硅氧烷广泛应用于汽车、橡胶、宇航、石油化工、油墨、涂料等领域中。由于氟烷基改性聚硅氧烷产物具有较低的表面张力和拒水拒油性能,因此,符合消泡剂的两个基本特性,可以用作油相体系中的消泡剂。本文探讨了不同氟烷基改性不同聚硅氧烷的合成工艺,研究了改性产物在柴油和机油混合体系中的消抑泡性能,对其在柴油和机油混合体系中的消泡机理和性能衰减问题做了探讨,为油相体系中消泡剂的选择提供依据。研究了三氟丙基和系列丙烯酸氟醇酯改性聚硅氧烷的合成工艺,探讨了氟烷基的含量对改性产物的消抑泡性能的影响。结果表明,聚三氟丙基甲基硅氧烷(PTFMS)消泡速度不随着三氟丙基氟链节含量(x(D~F))的变化而变化。随着x(D~F)的提高,PTFMS的抑泡性能有所提高。油相体系中疏水白炭黑粒子对PTFMS的消泡和抑泡均没有增效作用。用长链氟醇酯改性时,随着氟醇酯链长的增加,改性产物的表面张力呈下降趋势,消抑泡性能变好。含氟聚硅氧烷的消泡性能与改性产物的分散性和表面张力有关,消泡作用遵循“架桥—铺展”机理。探讨了白炭黑粒子的疏水程度对用PTFMS和白炭黑制成的硅膏在0.5%PVA和0.5%LAS水溶液中的消抑泡性能的影响,结果表明,疏水程度不高的白炭黑粒子有利于硅膏在0.5%PVA水溶液中的消泡,疏水程度稍高的白炭黑粒子有利于硅膏在0.5%LAS水溶液中的消泡。研究了系列短中长链氟烷基和不同结构的聚醚共同改性含氢聚硅氧烷的合成工艺和在柴油机油混合体系中的消抑泡性能。结果表明对于同种聚醚改性的硅聚醚来说,随着聚硅氧烷粘度的增加,含氟硅聚醚的消泡性能变差,抑泡性能有所提高。聚醚的分子量的增加对氟硅聚醚的消泡速度没有明显的提高,抑泡性能有所提高,但整体幅度也不大。丙烯醇聚氧丙烯醚和丙烯酸氟醇酯按照摩尔比3:7改性聚硅氧烷的产物时能将硅聚醚和氟烷基聚硅氧烷两者的消泡特性结合于一起。聚硅氧烷的含氢量低和粘度低有利于体现改性产物的性能。氟烷基链越长,越有利于降低产物的表面张力和增强产物的消抑泡性能。改性产物的性能衰减与其在消泡过程中粒径变大和分散状态以及起泡介质表面张力升高等因素有关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 聚硅氧烷的特性、改性及应用
• 1.2 泡沫的产生与危害
• 1.3 泡沫的消除与消泡剂
• 1.3.1 水相体系中消泡剂的研究状况
• 1.3.2 油相体系中消泡剂的研究状况
• 1.3.3 消泡剂的评估方法
• 1.4 氟烷基改性聚硅氧烷合成与性能
• 1.4.1 氟烷基改性聚硅氧烷的合成与用途
• 1.4.1.1 氟烷基改性聚硅氧烷的合成
• 1.4.1.2 氟烷基改性聚硅氧烷的用途
• 1.4.2 氟烷基改性聚硅氧烷用作消泡剂的研究状况
• 1.5 本课题的研究目的、意义和内容
• 参考文献
• 2 聚三氟丙基甲基硅氧烷的合成及消抑泡性能
• 2.1 PTFMS的合成研究
• 2.1.1 投料方式对PTFMS性状的影响
• 3^F滴加速度对PTFMS性状的影响'>2.1.2 D₃^F滴加速度对PTFMS性状的影响
• 2.1.3 系列PTFMS的物理性质
• 2.1.4 PTFMS的FTIR谱图
• 2.1.5 碱催化下环硅氧烷的反应机理
• 2.1.6 油相体系中PTFMS的消抑泡性能
• 2.2 PTFMS在水相体系中的消抑泡性能研究
• 2.2.1 单独PTFMS的消抑泡性能
• 2.2.1.1 表面活性剂的起泡性能
• 2.2.1.2 水相体系中单独PTFMS消抑泡性能
• 2.2.2 白炭黑粒子及其疏水化处理
• 2.2.2.1 白炭黑简介
• 2.2.2.2 消泡剂中白炭黑粒子疏水化的必要性
• 2.2.2.3 白炭黑粒子的疏水性测定方法
• 2.2.2.4 白炭黑疏水处理的工艺研究
• （1） 处理剂的种类对白炭黑疏水程度的影响
• （2） 处理时间对白炭黑疏水程度的影响
• （3） 处理方法对白炭黑疏水程度的影响
• （4） 处理剂的用量对白炭黑疏水程度的影响
• （5） 白炭黑的类型对处理工艺的影响
• （6） 白炭黑处理前后在水中的分散情况
• （7） 白炭黑处理前后的FTIR谱图对比
• 2.2.3 PTFMS和疏水白炭黑粒子混合处理工艺的研究
• 2.2.3.1 处理时间对硅膏消抑泡性能的影响
• 2.2.3.2 处理温度对硅膏消抑泡性能的影响
• 2.2.3.3 催化剂的用量对硅膏消抑泡性能的影响
• 2.2.3.4 不同类型的白炭黑对硅膏消抑泡性能的影响
• 2.2.3.5 不同疏水程度白炭黑粒子制备的硅膏的微观分布
• 2.2.4 硅膏O/W型乳液的制备研究
• 2.2.4.1 HLB值对乳液稳定性的影响
• 2.2.4.2 乳化温度对乳液稳定性的影响
• 2.2.4.3 乳化剂的选择对乳液稳定性的影响
• 2.2.4.4 乳化剂用量对乳液粒径的影响
• 2.2.5 含氟聚硅氧烷消泡剂的消泡性能的影响因素的探讨
• 2.2.5.1 白炭黑粒子的疏水程度的影响
• 2.2.5.2 消泡剂乳液和消泡活性物的消泡效果的差别
• 2.2.5.3 乳液的状态对消泡性能的影响
• 2.2.5.4 消泡过程
• 2.3 本章小结
• 参考文献
• 3 中长氟烷基改性聚二甲基硅氧烷的合成及其消抑泡性能
• 3.1 硅氢加成简介
• 3.2 丙烯酸氟醇酯的合成
• 3.2.1 催化剂用量对产物收率的影响
• 3.2.2 反应时间对产物收率的影响
• 3.2.3 反应物投料比对产物收率的影响
• 3.2.4 合成产物的表征
• 3.3 含氢聚硅氧烷HPS的合成
• 3.3.1 HPS投料比例与参数设定
• 3.3.2 HPS的表征
• 3.4 丙烯酸氟辛醇酯AFOE与HPS硅氢加成反应
• 3.4.1 反应温度对反应进度的影响
• 3.4.2 催化剂用量对反应进度的影响
• 3.4.3 反应物投料比对反应进度的影响
• 3.4.4 合成产物的表征
• 3.5 不同链长的氟烷基改性聚硅氧烷的消抑泡性能研究
• 3.5.1 AFOE-（HPS-1）的性能测试
• 3.5.1.1 表面张力测定
• 3.5.1.2 消抑泡性能测试
• 3.5.2 不同链长的氟烷基改性HPS产物的性能
• 3.5.2.1 不同烷基改性HPS得到产物的表面张力
• 3.5.2.2 不同链长的氟烷基改性HPS-1产物的消抑泡性能
• 3.5.2.3 同等链长的烷基改性系列HPS产物的消抑泡性能
• 3.6 FPS在油相体系中的消泡机理研究
• 3.7 本章小结
• 参考文献
• 4 三氟丙基和聚醚改性聚硅氧烷的合成及其消抑泡性能
• 4.1 不饱和聚醚的合成
• 4.1.1 环氧烷烃阴离子开环聚合机理
• 4.1.2 聚醚合成的影响因素
• （1） 聚合空间介质的选择
• （2） 单体的进料方式
• （3） 温度的影响
• （4） 体系压力的影响
• （5） 原料中水含量的影响
• 4.1.3 合成聚醚的投料比例和聚醚物理性质
• 4.1.4 不饱和聚醚的FTIR分析
• 4.2 氟含氢聚硅氧烷（FHPS）的合成
• 4.2.1 阳离子开环聚合反应机理
• 4.2.2 合成FHPS的表征与性质
• 4.3 硅氢加成反应的研究
• 4.3.1 无溶剂条件下FHPS和不饱和聚醚硅氢加成工艺研究
• 4.3.1.1 反应温度对产物含氢量的影响
• 4.3.1.2 反应时间对产物含氢量的影响
• 4.3.1.3 催化剂用量对产物含氢量的影响
• 4.3.1.4 反应物投料比对产物含氢量的影响
• 4.3.2 反应介质对氟聚硅氧烷和不饱和聚醚硅氢加成的影响
• 4.3.3 氟硅聚醚（FPPS）的FTIR分析
• 4.4 合成FPPS的物理性质与消抑泡性能测试
• 4.4.1 系列PPS和FPPS的物理性质
• 4.4.2 系列FPPS和PPS的消抑泡性能
• 4.4.3 聚醚分子量对消抑泡性能的影响
• 4.4.4 聚醚类型对消抑泡性能的影响
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 5 中长链氟烷基和聚醚改性聚硅氧烷的合成及消抑泡性能
• 5.1 HPS的合成
• 5.1.1 投料与粘度测试
• 5.1.2 HPS和FPPS的结构表征
• 5.1.3 不同结构的聚醚改性HPS产物的消抑泡性能
• 5.1.4 聚醚P4和G01共同改性HPS产物的消抑泡性能
• 5.1.5 聚醚P4和G01共同改性不同粘度HPS产物的消抑泡性能
• 5.1.6 聚醚P4和G01共同改性含氢量不同的HPS产物的性能
• 5.1.7 氟烷基链长对改性产物性能的影响
• 5.2 中长氟烷基和改性HPS产物消抑泡性能衰减研究
• 5.3 本章小结
• 参考文献
• 6 实验部分
• 6.1 聚三氟丙基甲基硅氧烷（PTFMS）的合成
• 6.1.1 实验原料与仪器
• 6.1.2 PTFMS的合成原理与方法
• 6.2 PTFMS的性能测试方法
• 6.2.1 鼓气法油相体系中消泡剂的消抑泡性能测试
• 6.2.2 鼓气法水相体系中消泡剂的消抑泡性能测试
• 6.3 白炭黑疏水处理的工艺研究
• 6.3.1 实验原料与仪器
• 6.3.2 改性方法
• 6.4 PTFMS和疏水白炭黑粒子混合工艺的研究
• 6.4.1 实验原料与仪器
• 6.4.2 硅膏处理方法
• 6.5 O/W消泡剂乳液制备方法
• 6.5.1 实验原料与仪器
• 6.5.2 乳液制备方法
• 6.6 丙烯酸氟醇酯的合成
• 6.6.1 实验原料与仪器
• 6.6.2 丙烯酸氟醇酯的合成原理与方法
• 6.7 含氢聚硅氧烷HPS的合成
• 6.7.1 实验原料与仪器
• 6.7.2 HPS的合成原理与方法
• 6.8 丙烯酸氟醇酯与HPS硅氢加成方法
• 6.8.1 实验原料与仪器
• 6.8.2 合成原理与方法
• 6.9 聚醚的合成方法
• 6.9.1 实验原料与仪器
• 6.9.2 聚醚的合成原理与方法
• 6.9.3 聚醚浊点和羟值的测试方法
• 6.10 氟含氢聚硅氧烷FHPS的合成方法
• 6.10.1 实验原料与仪器
• 6.10.2 FHPS的合成原理与方法
• 6.11 聚醚和FHPS的硅氢加成方法
• 6.11.1 实验原料与仪器
• 6.11.2 合成原理与方法
• 6.12 氟烷基和聚醚改性HPS的合成
• 6.12.1 实验原料与仪器
• 6.12.2 合成原理与方法
• 6.12.3 改性产物的测试
• 7 结论与发展趋势
• 7.1 结论
• 7.2 本课题的创新点
• 7.3 本课题的不足之处和发展趋势
• 致谢
• 作者在博士论文期间发表的论文
• 作者在博士论文期间已获授权的国家发明专利