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有机—无机纳米复合超疏水涂层的制备和性能研究

作　者: 何易
导　师: 郑燕升
学　校: 广西科技大学
专　业: 生物化工
关键词: 超疏水涂层聚四氟乙烯硅溶胶纳米碳酸钙
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

有机和无机纳米复合涂层因其兼具有机聚合物和无机纳米效应而使涂层具有更好的性能表现和一些特殊的功能。超疏水表面因其优异的自清洁和耐污染性能在学术和工业领域受到越来越多的关注。本文将疏水性的纳米粒子引入到低表面的有机氟聚合物和有机硅树脂中，制备有机硅系列和氟化物系列的微米/纳米双层结构的超疏水涂层。首先使用偶联剂γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-560)改性二氧化硅溶胶的性质，后利用溶胶-凝胶技术使硅溶胶与聚四氟乙烯（PTFE）复合杂化，制备超疏水涂层。偶联剂KH-560用量为5%、反应温度50°C、pH=5，PTFE与硅溶胶质量比在40%时，制备了具有类似荷叶表面双重粗糙结构的超疏水涂层，获得静态疏水角最大为156°，并且获得的涂层硬度可达到2H，平均脱落率为8%。十三氟辛基三甲氧基硅烷改性硅溶胶的最优条件是：氟硅烷与二氧化硅质量比为2%、温度40°C、pH=5。当PTFE/SiO2质量比为35%时，涂层热处理温度为120°C涂层的表面能和结构满足形成超疏水的条件，最终制备的超疏水涂层具有微米/纳米双层的粗糙结构，接触角达到160°，滚动角为5°。利用油酸改性纳米碳酸钙颗粒后,并与低表面能的有机硅树脂聚二甲基硅烷乳液(PDMS)固化，制备了超疏水涂层。粒子改性温度为80°C，油酸与碳酸钙的质量比为3%，反应时间为1h，CaCO3与PDMS的质量比（7：3），在120°C正硅酸乙酯交联固化后涂层获得最佳疏水效果，表面上构造出了具有微米/纳米的双层粗糙结构，水滴静态接触角达160°，滚动角为7°，具有良好的自清洁能力。通过SEM、FT-IR、TG、接触角测定仪等对改性粒子和涂层的结构和性能进行表征。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
符号说明  6-10
第一章绪论  10-22
  1.1 引言  10-11
  1.2 超疏水表面理论  11-14
    1.2.1 杨氏方程  11
    1.2.2 Wenzel 方程  11-12
    1.2.3 Cassie-Baxter 方程  12-13
    1.2.4 Cassie 和 Wenzel 的转换  13
    1.2.5 Cassie 和 Wenzel 模型的局限性  13-14
    1.2.6 接触角滞后  14
  1.3 复合界面的稳定性和双层结构的意义  14-15
  1.4 超疏水涂层研究进展  15-19
    1.4.1 湿化学反应  16
    1.4.2 电化学沉积  16-17
    1.4.3 静电纺丝技术  17
    1.4.4 热液合成法  17-18
    1.4.5 层层自组装  18
    1.4.6 等离子处理  18
    1.4.7 溶胶-凝胶法  18-19
  1.5 超疏水表面的应用  19-20
    1.5.1 自清洁功能  19
    1.5.2 抗结冻  19-20
    1.5.3 节约能源  20
    1.5.4 水/油的分离  20
  1.6 本论文的研究意义和研究内容  20-22
    1.6.1 本论文的研究意义  20-21
    1.6.2 研究内容  21-22
第二章 SiO2/聚四氟乙烯杂化超疏水涂层的制备  22-35
  2.1 引言  22-23
  2.2 实验过程  23-24
    2.2.1 试剂和仪器  23
    2.2.2 硅烷偶联剂改性硅溶胶  23-24
    2.2.3 制备复合溶胶体系  24
    2.2.4 涂层的制备  24
  2.3 表征方法  24-25
    2.3.1 FT-IR 测试  24-25
    2.3.2 涂层表面接触角的测试  25
    2.3.3 涂层表面电镜分析  25
    2.3.4 涂层热稳定性  25
  2.4. 结果与讨论  25-31
    2.4.1 偶联剂的作用  25-26
    2.4.2 偶联剂的用量对溶胶改性的影响  26
    2.4.3 温度对溶胶改性的影响  26-27
    2.4.4 pH 对溶胶改性的影响  27
    2.4.5 溶胶改性的工艺优化  27-28
    2.4.6 红外谱图分析  28
    2.4.7 PTFE 乳液与硅溶胶陈化过程  28-30
    2.4.8 TG 热分析  30-31
    2.4.9 涂层疏水性  31
  2.5 涂层表面分析  31-34
  2.6 涂层机械性能测试  34
  2.7 本章小结  34-35
第三章氟硅烷改性硅溶胶/PTFE 制备超疏水涂层  35-44
  3.1 引言  35-36
  3.2 实验过程  36-37
    3.2.1 试剂和仪器  36
    3.2.2 氟硅烷改性硅溶胶及复合乳液的形成  36
    3.2.3 涂层的制备  36-37
  3.3 结果讨论  37-41
    3.3.1 FAS-13 改性硅溶胶的工艺优化  37-38
    3.3.2 红外谱图分析  38-39
    3.3.3 改性粒子的热分析  39-40
    3.3.4 硅溶胶浓度对涂层影响  40-41
  3.4 涂层的表面形态和性能  41-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章改性纳米碳酸钙制备超疏水涂层  44-54
  4.1 引言  44-45
  4.2 实验过程  45-46
    4.2.1 实验试剂和仪器  45
    4.2.2 改性纳米 CaCO3  45
    4.2.3 涂层的制备  45
    4.2.4 疏水角的测定  45-46
  4.3 表征方法  46
  4.4 结果讨论  46-50
    4.4.1 碳酸钙改性分析  46-47
    4.4.2 油酸含量对涂层的影响  47-48
    4.4.3 粉末的 TG 分析  48-49
    4.4.4 碳酸钙与 PDMS 配比对涂层的影响  49-50
  4.5 涂层固化  50
  4.6 涂层的疏水性  50-51
  4.7 涂层的表面结构与憎水关系  51-53
  4.8 本章小结  53-54
第五章结论与展望  54-56
  5.1 主要结论  54
  5.2 展望  54-56
参考文献  56-61
发表论文和参加科研情况说明  61-62
致谢  62

有机—无机纳米复合超疏水涂层的制备和性能研究

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