微纳米结构超疏水膜层的构建与性能研究进展
发布时间：2021-05-31 23:07
介绍了超疏水膜层制备的理论,综述了微纳米结构超疏水膜层的构建方法与纳米粒子在超疏水膜层制备中的应用。微纳米结构与低表面能是形成超疏水膜层的2个关键要素,目前的制备方法在一定程度上实现了基体表面的超疏水性能,但试验设备贵、操作复杂、成本高;改性纳米粒子在超疏水膜层制备中具有重要应用,但存在官能团不稳定、改性剂成本高、表面微观结构脆弱等问题。因此,研究易于操作、低成本的制备技术、获得耐用性好的膜层是超疏水材料的重要研究方向。
【文章来源】：材料保护. 2020,53(05)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
Wenzel模型和Cassie模型示意
图2为纳米Ti O2/Zn O复合超疏水膜层形成过程[27]。ZnO包覆在Ti O2表面，形成稳定多孔的三维网络结构，利用硬脂酸对纳米Ti O2/Zn O复合粒子改性，硬脂酸中的-COOH与涂层表面大量的-OH反应，在表面形成硅改性纳米粗糙结构，形成疏水性的薄膜。纳米TiO2/ZnO复合涂层表面多孔粗糙的结构为其具有疏水性奠定了结构基础，经硬脂酸修饰的涂层有效降低了表面自由能，二者相结合，构建了具有低表面能的双重微纳米粗糙结构，使涂层表面更容易沉积和吸附空气，有效防止水滴渗透到孔隙中，显著提高了涂层表面的疏水性。何丽红等[28]利用硅烷偶联剂KH570改性Ti O2粒子，使KH570水解生成的硅醇中的有机官能团取代Ti O2粒子表面的亲水基团-OH，从而增强Ti O2粒子的表面疏水性，反应方程式如下:
虽然纳米粒子大多可喷涂，能够大规模制备超疏水膜层，但涂层经机械磨损后，容易失去超疏水性能。因为膜层暴露在外界环境时，受到各种机械磨损，表面的微观粗糙结构遭到破坏，水与表面的接触面积增大，最终失去超疏水性能，如图3所示[31]。涂层与基体之间粘合强度低是造成膜层力学性能差的主要原因[32]，因此，提升改性纳米粒子在基底表面的附着力是关键，研究者们提供了2条思路。(1)构造分层结构。Yokoi等[33]首先用氢氧化钠处理聚酯纤维表面，然后采用化学气相沉积法，以全氟癸基三氯硅烷在样品表面上反应，最后用喷雾方法将全氟癸基三甲氧基硅烷改性的SiO2纳米颗粒均匀涂覆在聚酯网上，制造出具有微米级和纳米级粗糙度的层状结构，从而提高超疏水表面的机械耐磨性和透明性，制备出耐久性能良好的光学透明超疏水表面。Wang等[34]利用硅藻土与沙粉共同作用形成分层结构，进一步将其与硅酸盐水泥结合，再使用三乙氧基辛基硅烷改性，制备出的膜层在24.50 kPa下，以150 mm为1个循环，经受120次(18.00 m)磨损后，静态接触角从168°逐渐下降到151°，滚动角从4°逐渐升高到8°，依旧表现出良好的超疏水性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超疏水材料的研究进展[J]. 刘成宝,李敏佳,刘晓杰,陈志刚. 苏州科技大学学报(自然科学版). 2018(04)
[2]激光刻蚀法制备仿生超疏水表面的研究进展[J]. 顾江,叶霞,范振敏,张鹏,刘群超,徐伟. 激光技术. 2019(04)
[3]基于不锈钢网超疏水涂层的制备及其油水分离应用研究[J]. 余俊,曾孟阳,马晓梦,陈雪,袁军. 山东化工. 2018(20)
[4]电沉积法制备316L不锈钢表面微纳结构超疏水涂层及其耐海水腐蚀性能[J]. 蒋斌,曾利兰,梁涛,潘浩波,乔岩欣,赵颖. 腐蚀与防护. 2018(10)
[5]超疏水表面耐久性能的研究进展[J]. 郭永刚,张鑫,耿铁,吴海宏,徐琴,王迎春,栗正新. 中国表面工程. 2018(05)
[6]长效超疏水纳米复合材料研究进展[J]. 薛崤,张晖,朱宏伟,张忠. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2018(09)
[7]卷对卷紫外压印超疏水薄膜的工艺及装置[J]. 邹业兵,王智伟,吴天准,彭智婷. 集成技术. 2017(03)
[8]纳秒激光诱导铝板表面超疏水微纳结构[J]. 杨奇彪,刘少军,汪于涛,汪幸,陈列,郑重,娄德元,陶青,翟中生,Peter Bennett,刘顿. 激光与光电子学进展. 2017(09)
[9]溶胶凝胶法制备甲基三甲氧基硅烷-γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷复合超疏水涂层[J]. 向美苏,李非,张延宗. 涂料工业. 2017(01)
[10]飞秒激光诱导超疏水钛表面微纳结构[J]. 泮怀海,王卓,范文中,王承伟,李虹瑾,柏锋,钱静,赵全忠. 中国激光. 2016(08)
硕士论文
[1]静电纺丝法制备微纳结构超疏水纤维膜[D]. 吴杰.华南理工大学 2016
[2]层层自组装法制备超疏水木材[D]. 卢茜.东北林业大学 2016
[3]基于纳米氧化锌的超疏水抗紫外棉织物整理[D]. 胡香玉.东华大学 2013
[4]超疏水表面的制备、性质和应用[D]. 洪碧圆.浙江大学 2012
本文编号：3209152
【文章来源】：材料保护. 2020,53(05)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
Wenzel模型和Cassie模型示意
图2为纳米Ti O2/Zn O复合超疏水膜层形成过程[27]。ZnO包覆在Ti O2表面，形成稳定多孔的三维网络结构，利用硬脂酸对纳米Ti O2/Zn O复合粒子改性，硬脂酸中的-COOH与涂层表面大量的-OH反应，在表面形成硅改性纳米粗糙结构，形成疏水性的薄膜。纳米TiO2/ZnO复合涂层表面多孔粗糙的结构为其具有疏水性奠定了结构基础，经硬脂酸修饰的涂层有效降低了表面自由能，二者相结合，构建了具有低表面能的双重微纳米粗糙结构，使涂层表面更容易沉积和吸附空气，有效防止水滴渗透到孔隙中，显著提高了涂层表面的疏水性。何丽红等[28]利用硅烷偶联剂KH570改性Ti O2粒子，使KH570水解生成的硅醇中的有机官能团取代Ti O2粒子表面的亲水基团-OH，从而增强Ti O2粒子的表面疏水性，反应方程式如下:
虽然纳米粒子大多可喷涂，能够大规模制备超疏水膜层，但涂层经机械磨损后，容易失去超疏水性能。因为膜层暴露在外界环境时，受到各种机械磨损，表面的微观粗糙结构遭到破坏，水与表面的接触面积增大，最终失去超疏水性能，如图3所示[31]。涂层与基体之间粘合强度低是造成膜层力学性能差的主要原因[32]，因此，提升改性纳米粒子在基底表面的附着力是关键，研究者们提供了2条思路。(1)构造分层结构。Yokoi等[33]首先用氢氧化钠处理聚酯纤维表面，然后采用化学气相沉积法，以全氟癸基三氯硅烷在样品表面上反应，最后用喷雾方法将全氟癸基三甲氧基硅烷改性的SiO2纳米颗粒均匀涂覆在聚酯网上，制造出具有微米级和纳米级粗糙度的层状结构，从而提高超疏水表面的机械耐磨性和透明性，制备出耐久性能良好的光学透明超疏水表面。Wang等[34]利用硅藻土与沙粉共同作用形成分层结构，进一步将其与硅酸盐水泥结合，再使用三乙氧基辛基硅烷改性，制备出的膜层在24.50 kPa下，以150 mm为1个循环，经受120次(18.00 m)磨损后，静态接触角从168°逐渐下降到151°，滚动角从4°逐渐升高到8°，依旧表现出良好的超疏水性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超疏水材料的研究进展[J]. 刘成宝,李敏佳,刘晓杰,陈志刚. 苏州科技大学学报(自然科学版). 2018(04)
[2]激光刻蚀法制备仿生超疏水表面的研究进展[J]. 顾江,叶霞,范振敏,张鹏,刘群超,徐伟. 激光技术. 2019(04)
[3]基于不锈钢网超疏水涂层的制备及其油水分离应用研究[J]. 余俊,曾孟阳,马晓梦,陈雪,袁军. 山东化工. 2018(20)
[4]电沉积法制备316L不锈钢表面微纳结构超疏水涂层及其耐海水腐蚀性能[J]. 蒋斌,曾利兰,梁涛,潘浩波,乔岩欣,赵颖. 腐蚀与防护. 2018(10)
[5]超疏水表面耐久性能的研究进展[J]. 郭永刚,张鑫,耿铁,吴海宏,徐琴,王迎春,栗正新. 中国表面工程. 2018(05)
[6]长效超疏水纳米复合材料研究进展[J]. 薛崤,张晖,朱宏伟,张忠. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2018(09)
[7]卷对卷紫外压印超疏水薄膜的工艺及装置[J]. 邹业兵,王智伟,吴天准,彭智婷. 集成技术. 2017(03)
[8]纳秒激光诱导铝板表面超疏水微纳结构[J]. 杨奇彪,刘少军,汪于涛,汪幸,陈列,郑重,娄德元,陶青,翟中生,Peter Bennett,刘顿. 激光与光电子学进展. 2017(09)
[9]溶胶凝胶法制备甲基三甲氧基硅烷-γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷复合超疏水涂层[J]. 向美苏,李非,张延宗. 涂料工业. 2017(01)
[10]飞秒激光诱导超疏水钛表面微纳结构[J]. 泮怀海,王卓,范文中,王承伟,李虹瑾,柏锋,钱静,赵全忠. 中国激光. 2016(08)
硕士论文
[1]静电纺丝法制备微纳结构超疏水纤维膜[D]. 吴杰.华南理工大学 2016
[2]层层自组装法制备超疏水木材[D]. 卢茜.东北林业大学 2016
[3]基于纳米氧化锌的超疏水抗紫外棉织物整理[D]. 胡香玉.东华大学 2013
[4]超疏水表面的制备、性质和应用[D]. 洪碧圆.浙江大学 2012
本文编号：3209152
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