超疏水纳米二氧化硅表面的制备与性能研究

发布时间：2018-01-24 05:38

  本文关键词： 超疏水表面 表面形貌 溶胶-凝胶法 粉末　出处：《武汉理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：超疏水表面由于在自清洁技术领域的应用如维持高空建筑玻璃与汽车玻璃的清洁以及其他领域的应用如防水纺织品、涂层保护、通信天线等而备受关注。超疏水表面有自清洁的作用,能减少能源和清洁水的使用,显著的降低化学清洁剂对环境的污染。本文研究了超疏水表面的制备方法以及其性能,提供了简单低成本的制备自清洁表面的方法。以三甲基氯硅烷(TMCS)与六甲基二硅氮烷(HMDS)为疏水剂对溶胶进行改性制备疏水薄膜。通过研究改性二氧化硅溶胶的反应条件,发现在50℃下,反应5小时,TMCS改性硅溶胶制备得到的薄膜表面的接触角达到最大值,为131.8°,当继续增加反应时间及改性温度时,由于硅醇的自聚反应,溶胶的羟基数目减少,从而减小了能引入溶胶中疏水基团的数目,故制备得到的薄膜接触角会减小。TMCS由于位阻效应比HMDS小,同时反应机理也相对简单,所以制备的薄膜接触角相对较大。改性Si O2制备的薄膜的透过率在可见光范围内都高于80%。但是当反应时间过长,改性温度过高时,则得不到均匀的薄膜。用改性剂TMCS在二氧化硅膜表面直接进行疏水化处理,可以将薄膜的接触角进一步提高到150°以上。用氨水溶液及盐酸溶液对疏水表面进行腐蚀研究发现,盐酸溶液对疏水性能的破坏性更大。以氨水为催化剂水解正硅酸乙酯制备SiO2粉末,由于在制备过程中,纳米粒径的胶粒会自发团聚成微米的大颗粒,可以得到纳米级粗糙度,微米级粒径的纳/微二元结构的粉末,正是因为粉末具有这种特殊的结构,没有经过疏水化处理的SiO2粉末表面就拥有121°的接触角。此外用TMCS为改性剂对SiO2粉末表面进行疏水化处理后,粉末表面接触角可以继续增加到165°。用超声波对超疏水粉末进行机械力分散,发现微米粒径的粉末只能被分散成亚微米的颗粒,不能被分散成纳米的粒子。通过扫描电镜对粉末进行形貌观察以及结合接触角的研究发现,粉末的粒径与表面接触角没有很大的联系。红外光谱对超疏水粉末的成分分析表明粉末表面的羟基被疏水基团甲基取代。这说明粉末表面的疏水性能是由低表面能与高粗糙度共同决定的。
[Abstract]:Superhydrophobic surfaces are used in self-cleaning technologies such as maintaining cleaning of high-altitude building glass and automotive glass, as well as other applications such as waterproof textiles, coating protection. The super hydrophobic surface has the function of self-cleaning, which can reduce the use of energy and clean water. The preparation of superhydrophobic surface and its properties were studied. A simple and low cost method for the preparation of self-cleaning surfaces was provided by using trimethylchlorosilane (TMCS) and hexamethyldisilyl azone (HMDS). The hydrophobic film was prepared by modifying the sol with hydrophobic agent. The reaction conditions of modified silica sol were studied. It is found that the surface contact angle of the films prepared by TMCS modified silica sol at 50 鈩，

本文编号：1459300