氟树脂基复合耐候性超疏水涂层制备及其性能研究
发布时间：2021-04-19 02:44
固体表面与水的静态接触角大于150°的现象称为超疏水,超疏水涂层因其独特的表面润湿性能而被广泛应用于防水、防污、自清洁及油水分离等领域。但由于超疏水涂层表面过于脆弱,易受环境侵蚀、摩擦磨损、紫外线老化等破坏而失去疏水特性,此外,制备条件苛刻,设备、基材等要求严格也同样制约了超疏水涂层在实际生产中的应用。本实验以氟树脂（FEVE）为基底,采用共溶剂法掺杂甲基丙烯酸甲酯（MMA）对基底进行改性以增强其力学性能,后使用十七氟癸基三乙氧基硅烷（FAS-17）水热修饰的TiO2/Al2O3复合颗粒掺杂构建微/纳双尺度粗糙结构,通过γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）的偶联作用及水解催化交联共聚等手段制备出可以快速固化的超疏水涂层;溶胶凝胶法制备出纳米TiO2/ZrO2复合溶胶,通过共溶剂掺杂手段增强基底紫外线耐性,同时添加异丁烯三甲氧基硅烷及丙烯酸树脂进一步提升基底耐候性能,水热修饰并掺杂ZrO2/Al2O3复合颗粒制备出...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
接触角定义Fig1-1Thedefinitionofthecontactangel
1绪论3中可以明显看出从左到右静态接触角依次减小，疏水性相应依次减弱。但是若将其基底都倾斜一个很小的角度，可以发现正如图中下面所展示一样，最右边的c液滴顺势滑落，而a和b液滴则不会滑落。由此例可知接触角已不足以用来描述一个表面的疏水性，且知静态与动态接触角有着本征的区别，以及接触角滞后研究的重要性，然而一个理想的自清洁表面需要极小的接触角滞后，才可以使液滴在固体表面极易滚动[56,57]。图1-2三种表面上的液滴状态比较Fig1-2Thecompareofliquiddrop’stateonthreecoatings接触角滞后分为两种，分别为动力学滞后和热力学滞后。然而动力学滞后是由于固体表面的重取向、液体渗入、表面变形及其流动性等等因素所致：热力学滞后是由于固体表面的不均匀和粗糙度所致。然而要得到超疏水表面就必须克服这两点，研究发现，对于具有微观表面结构的超疏水材料表面，液滴不会轻易地渗入到表面微结构中，从而使材料表面能存有更多的“气膜”，使滞后现象减到最校而微观结构中的突起间的距离近乎沟槽深的表面，不易被液滴渗入，且具有较小的接触角滞后和较大的接触角，此为Cassie模型比较理想化的表面。滚动角实际上是接触角滞后现象的衡量者，是液滴在固体表面的前进角与后退角之差，即液滴在倾斜面上开始滑动的临界角度，也是评价固体表面润湿性的重要参数之一。滚动角越小，则表面的疏水效果越好。到目前为止，超疏水方面的研究成果表明，微米、纳米级的粗糙结构都可以使表面达到超疏水效果。然而，表面粗糙尺寸的大小与其疏水性之间的关系尚没有深入系统的研究。所以，对于粗糙尺寸的大小如何具体影响疏水性值得关注。
1绪论5固液表观接触面积），为杨氏接触角。根据Wenzel模型，当θ90<，即固体表面为亲水表面时粗糙度常数变大后，r将变小，即表面会更加亲水。当固体表面为疏水表面或者超疏水表面时，粗糙度常数变大。而通过提高疏水固体表面的粗糙度时，表面会更加疏水甚至会转变为超疏水状态。图1-3Wenzel理论模型中液滴在固体表面的示意图Fig1-3TheliquiddropoftheWenzeltheorymodelonthesolidcoating1944年，Cassie和Baxter等基于对自然界中超疏水表面的一系列研究的基础上，进一步完善了Wenzel方程，提出复合界面的概念并建立了一种新模型来描述液滴与粗糙表面的接触状况[59]。Cassie认为，当表面粗糙度达到临界值时，液体将无法填满凹槽，凹槽内存在的空气将使得体悬浮于固体表面上方，由此形成固-液-气的三相界面，此时推导出方程：2211+=ffcoscoscos（4）其中，为复合表面的接触角，1、2分别为两种表面的本征接触角，1f、2f分别表示两种表面在复合表面中占的比例（1ff21=+）。当其中一种介质为空气，液滴仅仅与空气接触时，液体和气体接触界面的2为180°，方程可以进一步简化为：211cosco=ffs（5）此方程适合于任何复合表面的接触角关系，而其相对于Wenzel理论的优势在于，Cassie理论更加真实地阐释了液滴与固体表面接触的实际状况及各角度之间的关系。且由Cassie方程可知，若滞留在粗糙表面的空气比例越大，则表面的疏水效果越好，越利于得到符合要求的超疏水表面。
【参考文献】：
期刊论文
[1]等离子喷涂WC/Co疏水涂层[J]. 秦加浩,金鑫,方帅帅,周拓,乔江浩,纪晓丽. 中国表面工程. 2017(06)
[2]超疏水/超润滑表面的防疏冰机理及其应用[J]. 郑海坤,常士楠,赵媛媛. 化学进展. 2017(01)
[3]等离子喷涂制备超疏水镀层的研究[J]. 魏要丽,杨亮. 现代化工. 2015(09)
[4]金属基超疏水防腐蚀涂层的构建方法现状[J]. 范友华,陈洪. 腐蚀与防护. 2014(12)
[5]电弧喷涂Zn-Al合金与硅氧烷自组装制备超疏水涂层[J]. 李龙阳,李玉新,曾志翔,刘二勇,乌学东,孙小东. 中国表面工程. 2014(06)
[6]非金属超疏水材料的制备方法及研究进展[J]. 徐先锋,刘烁,洪龙龙. 中国塑料. 2013(05)
[7]超疏水涂料的制备及其防覆冰性能[J]. 仇伟,刘见祥,曾舒,张波,冯利军. 表面技术. 2012(06)
[8]推压成型-拉伸法制备聚四氟乙烯中空纤维膜[J]. 刘国昌,吕经烈,陈颖,关毅鹏,李晓明. 化工进展. 2012(S2)
[9]复合型水性丙烯酸酯外墙隔热涂料的研制[J]. 叶秀芳,崔兰州,高永辉,袁毅华. 涂料工业. 2011(07)
[10]FEVE氟碳涂料中氟树脂成分定性分析研究[J]. 徐芸莉,赵新建,盛春荠,邓元. 新型建筑材料. 2011(02)
硕士论文
[1]有机硅超疏水涂层的制备与性能研究[D]. 沈勃旭.中国石油大学(北京) 2018
[2]丙烯酸类树脂改性的双酚A类环氧树脂电沉积涂料的制备及其性能[D]. 傅磊.复旦大学 2014
[3]氧化锆多孔凝胶和气凝胶的制备[D]. 徐黎岭.浙江大学 2011
本文编号：3146670
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
接触角定义Fig1-1Thedefinitionofthecontactangel
1绪论3中可以明显看出从左到右静态接触角依次减小，疏水性相应依次减弱。但是若将其基底都倾斜一个很小的角度，可以发现正如图中下面所展示一样，最右边的c液滴顺势滑落，而a和b液滴则不会滑落。由此例可知接触角已不足以用来描述一个表面的疏水性，且知静态与动态接触角有着本征的区别，以及接触角滞后研究的重要性，然而一个理想的自清洁表面需要极小的接触角滞后，才可以使液滴在固体表面极易滚动[56,57]。图1-2三种表面上的液滴状态比较Fig1-2Thecompareofliquiddrop’stateonthreecoatings接触角滞后分为两种，分别为动力学滞后和热力学滞后。然而动力学滞后是由于固体表面的重取向、液体渗入、表面变形及其流动性等等因素所致：热力学滞后是由于固体表面的不均匀和粗糙度所致。然而要得到超疏水表面就必须克服这两点，研究发现，对于具有微观表面结构的超疏水材料表面，液滴不会轻易地渗入到表面微结构中，从而使材料表面能存有更多的“气膜”，使滞后现象减到最校而微观结构中的突起间的距离近乎沟槽深的表面，不易被液滴渗入，且具有较小的接触角滞后和较大的接触角，此为Cassie模型比较理想化的表面。滚动角实际上是接触角滞后现象的衡量者，是液滴在固体表面的前进角与后退角之差，即液滴在倾斜面上开始滑动的临界角度，也是评价固体表面润湿性的重要参数之一。滚动角越小，则表面的疏水效果越好。到目前为止，超疏水方面的研究成果表明，微米、纳米级的粗糙结构都可以使表面达到超疏水效果。然而，表面粗糙尺寸的大小与其疏水性之间的关系尚没有深入系统的研究。所以，对于粗糙尺寸的大小如何具体影响疏水性值得关注。
1绪论5固液表观接触面积），为杨氏接触角。根据Wenzel模型，当θ90<，即固体表面为亲水表面时粗糙度常数变大后，r将变小，即表面会更加亲水。当固体表面为疏水表面或者超疏水表面时，粗糙度常数变大。而通过提高疏水固体表面的粗糙度时，表面会更加疏水甚至会转变为超疏水状态。图1-3Wenzel理论模型中液滴在固体表面的示意图Fig1-3TheliquiddropoftheWenzeltheorymodelonthesolidcoating1944年，Cassie和Baxter等基于对自然界中超疏水表面的一系列研究的基础上，进一步完善了Wenzel方程，提出复合界面的概念并建立了一种新模型来描述液滴与粗糙表面的接触状况[59]。Cassie认为，当表面粗糙度达到临界值时，液体将无法填满凹槽，凹槽内存在的空气将使得体悬浮于固体表面上方，由此形成固-液-气的三相界面，此时推导出方程：2211+=ffcoscoscos（4）其中，为复合表面的接触角，1、2分别为两种表面的本征接触角，1f、2f分别表示两种表面在复合表面中占的比例（1ff21=+）。当其中一种介质为空气，液滴仅仅与空气接触时，液体和气体接触界面的2为180°，方程可以进一步简化为：211cosco=ffs（5）此方程适合于任何复合表面的接触角关系，而其相对于Wenzel理论的优势在于，Cassie理论更加真实地阐释了液滴与固体表面接触的实际状况及各角度之间的关系。且由Cassie方程可知，若滞留在粗糙表面的空气比例越大，则表面的疏水效果越好，越利于得到符合要求的超疏水表面。
【参考文献】：
期刊论文
[1]等离子喷涂WC/Co疏水涂层[J]. 秦加浩,金鑫,方帅帅,周拓,乔江浩,纪晓丽. 中国表面工程. 2017(06)
[2]超疏水/超润滑表面的防疏冰机理及其应用[J]. 郑海坤,常士楠,赵媛媛. 化学进展. 2017(01)
[3]等离子喷涂制备超疏水镀层的研究[J]. 魏要丽,杨亮. 现代化工. 2015(09)
[4]金属基超疏水防腐蚀涂层的构建方法现状[J]. 范友华,陈洪. 腐蚀与防护. 2014(12)
[5]电弧喷涂Zn-Al合金与硅氧烷自组装制备超疏水涂层[J]. 李龙阳,李玉新,曾志翔,刘二勇,乌学东,孙小东. 中国表面工程. 2014(06)
[6]非金属超疏水材料的制备方法及研究进展[J]. 徐先锋,刘烁,洪龙龙. 中国塑料. 2013(05)
[7]超疏水涂料的制备及其防覆冰性能[J]. 仇伟,刘见祥,曾舒,张波,冯利军. 表面技术. 2012(06)
[8]推压成型-拉伸法制备聚四氟乙烯中空纤维膜[J]. 刘国昌,吕经烈,陈颖,关毅鹏,李晓明. 化工进展. 2012(S2)
[9]复合型水性丙烯酸酯外墙隔热涂料的研制[J]. 叶秀芳,崔兰州,高永辉,袁毅华. 涂料工业. 2011(07)
[10]FEVE氟碳涂料中氟树脂成分定性分析研究[J]. 徐芸莉,赵新建,盛春荠,邓元. 新型建筑材料. 2011(02)
硕士论文
[1]有机硅超疏水涂层的制备与性能研究[D]. 沈勃旭.中国石油大学(北京) 2018
[2]丙烯酸类树脂改性的双酚A类环氧树脂电沉积涂料的制备及其性能[D]. 傅磊.复旦大学 2014
[3]氧化锆多孔凝胶和气凝胶的制备[D]. 徐黎岭.浙江大学 2011
本文编号：3146670
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3146670.html
