β-FeOOH/PDMS超疏水涂层的制备及其性能研究
发布时间：2021-10-05 16:48
通过环保的一步水热法制备了疏水性的β-FeOOH纳米粒子,将其添加到聚二甲基硅氧烷（PDMS）中,采用喷涂法在镁合金AZ31表面制备β-FeOOH/PDMS疏水涂层,利用X射线衍射（XRD）和傅里叶红外光谱分析（FT-IR）对超疏水涂层进行了表征,并研究了其耐磨性、耐腐蚀性、自清洁及抗海藻粘附特性。当m（β-FeOOH）∶m（PDMS）=85∶100时,涂层达到超疏水状态,水接触角为（152.6±1.2）°。摩擦磨损实验证明超疏水涂层的稳定性。涂层在15 d内对基底能起到腐蚀防护作用。此外涂层还表现出优异的自清洁性、防污泥和抗海藻粘附性。
【文章来源】：化学试剂. 2020,42(08)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
SEM照片
微结构的破坏是超疏水涂层在应用中面临的一大难题,机械磨损、刮擦等行为会破坏涂层表面微结构,从而使涂层丧失超疏水性。本文通过摩擦系数以及磨损量来评估β-FeOOH/PDMS超疏水涂层的机械稳定性,结果如图4所示,所测试的超疏水涂层的厚度为(45.33±2.52) μm。空白镁合金片和超疏水镁合金片进行磨耗测试前后的磨损量分别为1.1 mg和0.3 mg。整个实验过程中空白镁合金的摩擦系数波动较大,平均摩擦系数为0.40±0.08,而β-FeOOH/PDMS超疏水镁合金保持较平稳的摩擦系数,平均摩擦系数为0.37±0.05。这样的结果可能归因于有机硅弹性体PDMS的柔韧性和弹性,使涂层在摩擦冲击时能减振,并保护树脂内的β-FeOOH不被磨掉,进而减小表面磨损量[9,10]。2.3 β-FeOOH/PDMS超疏水涂层的耐腐蚀性研究
为了确定合成的纳米颗粒结构和组成,对其进行FT-IR和XRD分析。如图1a所示的红外谱图中,在3 465、3 342、1 635 cm-1处的吸收峰分别对应于吸收水分子中O—H基团的伸缩和弯曲振动。在低频区839、668、641 cm-1处的峰则对应于典型的β-FeOOH配位八面体FeO6振动。2 972、2 922、2 852 cm-1处属于C—H基团的不对称和对称伸缩振动峰,表明纳米粒子与SDS的烷烃链成功接枝。接枝的碳链形成均匀覆盖的低表面能材料,赋予了颗粒疏水性。图1b所示为β-FeOOH的XRD谱图,图中出现尖锐的衍射峰表明该样品有较好的结晶度,图中的衍射峰分别对应(110)、(310)、(211)、(301)、(411)、(521)晶面,与β-FeOOH的标准卡片(JCPDS 34-1266,a=10.535 ?,b=10.535 ?和c=3.03 ?)中的衍射峰一致,证明成功合成了β-FeOOH。微纳米级的粗糙度和低表面能特性是超疏水表面形成的关键,本文利用无机纳米颗粒自身的尺寸及团聚分布构筑微纳米结构,如图2a所示,将β-FeOOH加入去离子水中,超声震荡后仍漂浮在液面上;将其粘在胶带上测试其润湿性,液滴能稳定的站立在胶带表面。因此,β-FeOOH本身是疏水的,后续不需要再使用低表面能物质修饰涂层。不同纳米粒子添加量对β-FeOOH/PDMS涂层润湿性的影响如图2b所示,随着β-FeOOH添加比例的增加,β-FeOOH/PDMS涂层的疏水性逐步得到改善,当β-FeOOH在树脂中占比达到85%时,涂层接触角为(152.6±1.2)°,达到稳定的超疏水状态,继续添加β-FeOOH至90%时,涂层接触角变化微小,为(153.2±1.0)°,且表面出现裂纹。因此,在后续涂层性能研究中选择m(β-FeOOH)∶m(PDMS)=85∶100为最佳添加比例。
【参考文献】：
期刊论文
[1]锶磷化膜镁基疏水膜层的构筑及其抗腐蚀性能研究[J]. 曹京宜,张海永,张寒露,杨萌,陈蓉蓉,王君. 化学试剂. 2017(09)
[2]PDMS柔性衬底的制备及亲水性问题的研究[J]. 张春恒,高枫,彭旭锋,郇弢,刘文怡. 电子器件. 2017(03)
[3]不同光照条件对小新月菱形藻和等鞭金藻8701生长及生化成分的影响[J]. 石娟,潘克厚. 中国水产科学. 2004(02)
本文编号：3420142
【文章来源】：化学试剂. 2020,42(08)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
SEM照片
微结构的破坏是超疏水涂层在应用中面临的一大难题,机械磨损、刮擦等行为会破坏涂层表面微结构,从而使涂层丧失超疏水性。本文通过摩擦系数以及磨损量来评估β-FeOOH/PDMS超疏水涂层的机械稳定性,结果如图4所示,所测试的超疏水涂层的厚度为(45.33±2.52) μm。空白镁合金片和超疏水镁合金片进行磨耗测试前后的磨损量分别为1.1 mg和0.3 mg。整个实验过程中空白镁合金的摩擦系数波动较大,平均摩擦系数为0.40±0.08,而β-FeOOH/PDMS超疏水镁合金保持较平稳的摩擦系数,平均摩擦系数为0.37±0.05。这样的结果可能归因于有机硅弹性体PDMS的柔韧性和弹性,使涂层在摩擦冲击时能减振,并保护树脂内的β-FeOOH不被磨掉,进而减小表面磨损量[9,10]。2.3 β-FeOOH/PDMS超疏水涂层的耐腐蚀性研究
为了确定合成的纳米颗粒结构和组成,对其进行FT-IR和XRD分析。如图1a所示的红外谱图中,在3 465、3 342、1 635 cm-1处的吸收峰分别对应于吸收水分子中O—H基团的伸缩和弯曲振动。在低频区839、668、641 cm-1处的峰则对应于典型的β-FeOOH配位八面体FeO6振动。2 972、2 922、2 852 cm-1处属于C—H基团的不对称和对称伸缩振动峰,表明纳米粒子与SDS的烷烃链成功接枝。接枝的碳链形成均匀覆盖的低表面能材料,赋予了颗粒疏水性。图1b所示为β-FeOOH的XRD谱图,图中出现尖锐的衍射峰表明该样品有较好的结晶度,图中的衍射峰分别对应(110)、(310)、(211)、(301)、(411)、(521)晶面,与β-FeOOH的标准卡片(JCPDS 34-1266,a=10.535 ?,b=10.535 ?和c=3.03 ?)中的衍射峰一致,证明成功合成了β-FeOOH。微纳米级的粗糙度和低表面能特性是超疏水表面形成的关键,本文利用无机纳米颗粒自身的尺寸及团聚分布构筑微纳米结构,如图2a所示,将β-FeOOH加入去离子水中,超声震荡后仍漂浮在液面上;将其粘在胶带上测试其润湿性,液滴能稳定的站立在胶带表面。因此,β-FeOOH本身是疏水的,后续不需要再使用低表面能物质修饰涂层。不同纳米粒子添加量对β-FeOOH/PDMS涂层润湿性的影响如图2b所示,随着β-FeOOH添加比例的增加,β-FeOOH/PDMS涂层的疏水性逐步得到改善,当β-FeOOH在树脂中占比达到85%时,涂层接触角为(152.6±1.2)°,达到稳定的超疏水状态,继续添加β-FeOOH至90%时,涂层接触角变化微小,为(153.2±1.0)°,且表面出现裂纹。因此,在后续涂层性能研究中选择m(β-FeOOH)∶m(PDMS)=85∶100为最佳添加比例。
【参考文献】：
期刊论文
[1]锶磷化膜镁基疏水膜层的构筑及其抗腐蚀性能研究[J]. 曹京宜,张海永,张寒露,杨萌,陈蓉蓉,王君. 化学试剂. 2017(09)
[2]PDMS柔性衬底的制备及亲水性问题的研究[J]. 张春恒,高枫,彭旭锋,郇弢,刘文怡. 电子器件. 2017(03)
[3]不同光照条件对小新月菱形藻和等鞭金藻8701生长及生化成分的影响[J]. 石娟,潘克厚. 中国水产科学. 2004(02)
本文编号：3420142
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