超疏水表面的构造和有机/无机杂化超疏水涂层的制备与性能研究

发布时间：2022-01-15 04:19

　　近年来,仿生超疏水材料由于其表面特殊的润湿性引起了人们的广泛关注。这种特殊的润湿性不仅能赋予固体表面优异的抗水性,而且在自清洁、金属防腐、防覆冰、油水分离和管道运输减阻等领域具有巨大的应用价值。目前超疏水材料的制备不仅存在工艺繁琐和原料价格高等缺点,而且有些制备方法只适用于特定的基材。另外,现有模型并不能完全很好的解释水滴在表面的接触模型。本课题首先采用简单的刻蚀法在铁片上构造超疏水表面,研究其在防结冰领域的应用;其次以聚硅氧烷为低表面能材料,纳米二氧化硅（Si O2）构造粗糙度,制备有机/无机杂化超疏水涂层,利用该涂层制备具有油水分离功能的超疏水超亲油滤布;此外,制备了含氟聚丙烯酸酯（PFA）乳液,并将其与纳米Si O2复合,制备稳定性好、可适用于多种基材的PFA/Si O2杂化超疏水涂层,将该涂层应用于聚酰胺海绵表面制备具有除油功能的超疏水超亲油海绵;最后通过研究不同温度水滴在疏水表面的润湿行为,对水滴在粗糙疏水表面的接触模型进行修正。论文的研究内容和结果包括以下方面:（1）采用盐酸（HCl）和硝酸银（Ag NO3）刻蚀的方法,在铁片表面构造多层次的几何结构,并利用硬脂酸对表面进行... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：176 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 前言
    1.2 固体表面的润湿性
        1.2.1 润湿性影响因素
        1.2.2 接触角
        1.2.3 滚动角与接触角滞后
    1.3 超疏水表面
        1.3.1 Wenzel模型
        1.3.2 Cassie模型
        1.3.3 Wenzel模型与Cassie模型的适用性
        1.3.4 Wenzel模型与Cassie模型的转换
    1.4 常用制备超疏水涂层的低表面能材料
        1.4.1 烷烃类化合物
        1.4.2 有机硅化合物
        1.4.3 含氟化合物
        1.4.4 其他化合物
    1.5 超疏水表面的构造方法
        1.5.1 模板法
        1.5.2 印刷法
        1.5.3 相分离法
        1.5.4 溶胶-凝胶法
        1.5.5 刻蚀法
        1.5.6 自组装法
        1.5.7 沉积法
        1.5.8 静电纺丝法
    1.6 超疏水材料的应用
        1.6.1 自清洁
        1.6.2 金属防腐
        1.6.3 防覆冰
        1.6.4 油水分离
        1.6.5 防水织物
        1.6.6 其他应用
    1.7 超疏水材料的存在问题和发展趋势
        1.7.1 制备工艺
        1.7.2 透明性和稳定性
        1.7.3 理论模型
    1.8 本课题的目的意义、主要研究内容和创新之处
        1.8.1 本课题的目的意义
        1.8.2 本论文的主要研究内容
        1.8.3 本论文的特色与主要创新之处
第二章 超疏水铁片的制备与表征
    2.1 前言
    2.2 实验部分
        2.2.1 主要原料
        2.2.2 仪器与设备
        2.2.3 超疏水铁片的制备
        2.2.4 测试与表征
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 刻蚀溶液浓度对接触角的影响
        2.3.2 刻蚀时间对接触角的影响
        2.3.3 硬脂酸浓度对接触角的影响
        2.3.4 硬脂酸改性时间对接触角的影响
        2.3.5 刻蚀改性前后表面接触角
        2.3.6 水滴附着力与滚动角
        2.3.7 FTIR
        2.3.8 SEM
        2.3.9 EDS
    2.4 本章小结
第三章 聚硅氧烷/二氧化硅杂化超疏水涂层的制备与表征
    3.1 前言
    3.2 实验部分
        3.2.1 主要原料
        3.2.2 仪器与设备
        3.2.3 聚硅氧烷/二氧化硅杂化涂层的制备
        3.2.4 测试与表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 固化温度对接触角的影响
        3.3.2 催化剂用量对接触角的影响
        3.3.3 FTIR
        3.3.4 SEM和WCA
        3.3.5 耐候性
        3.3.6 耐酸碱性
        3.3.7 热稳定性
    3.4 本章小结
第四章 含氟聚丙烯酸酯乳液的制备与表征
    4.1 前言
    4.2 实验部分
        4.2.1 主要原料
        4.2.2 仪器和设备
        4.2.3 含氟聚丙烯酸酯乳液的制备
        4.2.4 测试与表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 聚合单体的选择
        4.3.2 DFMA用量对乳液聚合的影响
        4.3.3 DFMA用量对乳胶粒粒径的影响
        4.3.4 DFMA用量对Zeta电位的影响
        4.3.5 AA用量对乳液聚合的影响
        4.3.6 AA用量对交联度和乳胶粒粒径的影响
        4.3.7 AA用量对Zeta电位的影响
        4.3.8 AA用量对吸水率和力学性能的影响
        4.3.9 DFMA和AA用量对乳液储存稳定性的影响
        4.3.10 乳胶粒表面羧基分布
        4.3.11 FTIR
        4.3.12 TEM
        4.3.13 DSC
        4.3.14 TG
        4.3.15 WCA
    4.4 本章小结
第五章 含氟聚丙烯酸酯/二氧化硅杂化超疏水涂层的制备与表征
    5.1 前言
    5.2 实验部分
        5.2.1 主要原料
        5.2.2 仪器和设备
        5.2.3 PFA乳液的合成
        5.2.4 PFA/SiO2杂化涂层的制备
        5.2.5 测试与表征
    5.3 结果讨论
        5.3.1 SiO2用量对涂层接触角的影响
        5.3.2 TEM
        5.3.3 SEM
        5.3.4 EDS
        5.3.5 AFM
        5.3.6 涂层稳定性
        5.3.7 涂层适用性
    5.4 本章小结
第六章 超疏水表面的应用研究
    6.1 前言
    6.2 实验部分
        6.2.1 主要原料
        6.2.2 仪器和设备
        6.2.3 超疏水铁片的制备
        6.2.4 超疏水超亲油滤布的制备
        6.2.5 超疏水超亲油海绵的制备
        6.2.6 测试与表征
    6.3 结果讨论
        6.3.1 超疏水表面在防结冰中的应用
        6.3.2 超疏水表面在油水分离中的应用
        6.3.3 超疏水表面在油污水除油中的应用
    6.4 本章小结
第七章 超疏水表面的理论模型研究
    7.1 前言
    7.2 实验部分
        7.2.1 主要原料
        7.2.2 仪器和设备
        7.2.3 聚硅氧烷/二氧化硅杂化超疏水涂层的制备
        7.2.4 测试与表征
    7.3 结果讨论
        7.3.1 水滴温度对超疏水涂层接触角与滚动角的影响
        7.3.2 不同温度水滴在超疏水涂层的理论模型
        7.3.3 微纳结构有利于实现超疏水的原因
        7.3.4 制备超疏水表面的方法
    7.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]超疏水涂层除冰/防冰性能研究进展[J]. 曾萍,彭华乔,苏正良,夏祖西.  化工新型材料. 2014(10)
[2]铝合金表面超疏水涂层的制备及其耐蚀性能[J]. 李松梅,王勇干,刘建华,韦巍.  物理化学学报. 2007(10)
[3]超疏水性塑料薄膜简易制备方法研究[J]. 马英,马永梅,曹新宇,邹洪,江雷.  塑料. 2006(05)
[4]丙烯酸系乳液共聚物玻璃化温度的研究[J]. 罗弘,卫志贵.  精细化工. 1997(06)

硕士论文
[1]超疏水及微图案化表面制作及应用[D]. 谢永元.厦门大学 2007



本文编号：3589886