纳米纤维素基超疏水涂料的制备及其应用研究
发布时间：2020-10-21 02:35
由荷叶出淤泥而不染的神奇现象拉开了超疏水神秘的面纱,经过各国学者多年研究发现超疏水现象的两个构成要素:具有微/纳粗糙表面以及低表面能物质修饰。由于超疏水材料应用广泛,近年来成为一大研究热点,而纳米纤维素由于其自身的特性能够和超疏水性能很好的结合在一起,具有很大的应用前景,因此本篇论文主要以纳米纤维素为原料通过不同的方法来进行结构设计构建新型超疏水涂料,为纳米纤维素基超疏水材料的结构设计提供了一定的依据。(1)纳米纤维素是从植物生物质中提取的纳米尺寸材料,通过重建粗糙表面和用低表面能化学物质进行改性,可以制备超疏水材料。在第二章中,通过喷雾干燥法来制备具有表面分层结构的纳米纤维素基颗粒。发现纳米纤维素的长度对喷雾干燥形成的颗粒的表面结构有很大影响。与较长的纳米纤维相比,较短的纳米纤维素更容易得到具有密集凹陷的粗糙表面结构,并且涂层的疏水性能也更加优良,WCA最高达到164°,且涂层具有较好的耐摩擦性能和化学稳定性。(2)由于纳米纤维素本身的特性使得其稳定界面的能力非常出色,因此在第三章中将纳米纤维素作为稳定剂颗粒,利用Pickering乳化法制备纳米纤维素/聚苯乙烯复合微球,结果发现随着稳定剂纤维含量的增加复合微球的粒径不断下降,而粒径越小的微球更容易制备出高粗糙度的涂层。由于用无水乙醇洗涤会留下二次成核生成的纳米级颗粒吸附在微球表面形成微/纳双尺寸结构,所得涂层的疏水性比用去离子水洗涤得到的微球制备而成的涂料更好。同时当水相加入CNC时,纳米纤维素会和纳米级颗粒交织在一起共同构成更为复杂的微/纳粗糙结构,此时涂层的WCA最高为172.2°。(3)第四章仅以改性纳米纤维素mTOCN为原料,利用其本身的特性进行缠绕、聚集、堆叠来形成超疏水涂层。结果发现mTOCN和PDMS的用量对涂层疏水性能影响很大,适量的mTOCN会在基材表面形成具有双尺寸结构的混合附聚物涂层,达到超疏水效果,WCA为153.6°。PDMS能为涂层提供较低的表面能,然而过多时会覆盖住纤维聚集体表面的细小结构,导致疏水性能降低。喷涂时固液相分离导致形成许多形状不规则颗粒附在基材表面形成超疏水涂层,比浸涂能获得更好的疏水效果。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ630.1
【部分图文】：
图 1-1 三种纳米纤维素的电镜图[3]Fig.1-1 Representative electron microscope images of the three types of nanocellulose: CNCs,CNFs and BC1.1.2 纳米纤维素的制备方法通过不断地研究，已经发现了多种技术用于提取来自纤维素材料中的纳米纤维素。不同的提取方法导致所得纳米纤维素的类型和性质不同。主要的提取方法有：酸水解法、生物法、机械法和化学机械相结合的方法。1.1.2.1 酸水解法制备纳米纤维素酸水解法是从纤维素材料中提取纳米纤维素的主要方法之一。由于纤维素是由结晶区和无定形区组合而成，无定形区域中纤维素之间的糖苷键容易被酸水解破坏而断裂，而结晶区由于其结构特性不容易被降解，因此制备得到的纳米纤维素保留了结晶区。酸
与热空气的接触中，水分迅速蒸发，固液两相分离形成具有粗糙结构的颗粒，流程如图2-1 所示。设置喷雾干燥机的参数，流量：800 L h-1，进料速度：10 ％，进气量：100 ％，进气温度：160 ℃。通过调节四种纤维的浓度，通过喷雾干燥获得的粒度大致相同的颗粒。图 2-1 喷雾干燥法形成粗糙纳米纤维素基颗粒的过程图Fig. 2-1 Process of preparation of rougness nanocellulose-based particles2.2.3.5 马尔文激光粒度仪分析通过马尔文激光粒度仪对颗粒进行粒度分析。具体测试方法：选择水为分散剂，选择不规则球形模式，搅拌速度 2500 r min-1，超声 1 min
图 2-2 涂料配制示意图Fig. 2-2 The process to fabricate superhydrophobic coatings with nanocellulose-basedparticles2.2.3.12 水接触角（WCA）和滚动角（SA）测试使用静态接触角仪对喷涂过样品的滤纸和玻璃进行接触角测试。测试方法为：将滤纸用双面胶贴在载玻片表面，保证滤纸样品表面平整，对于玻璃样品可以直接测试。测试中使用手动测量模式，设置液滴量为 5 μL 去离子水，为了减少误差，每个样品选取6 个不同的点进行测试。使用 DCAT21 表面张力仪进行动态接触角测试。把洁净的测试片插入样品夹，控制倾斜角度，将去离子水倒入样品室并滴落，测试其开始滚动时的角度即为动态接触角。2.2.3.13 涂层耐磨损性能检测
【参考文献】
本文编号：2849510
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ630.1
【部分图文】：
图 1-1 三种纳米纤维素的电镜图[3]Fig.1-1 Representative electron microscope images of the three types of nanocellulose: CNCs,CNFs and BC1.1.2 纳米纤维素的制备方法通过不断地研究，已经发现了多种技术用于提取来自纤维素材料中的纳米纤维素。不同的提取方法导致所得纳米纤维素的类型和性质不同。主要的提取方法有：酸水解法、生物法、机械法和化学机械相结合的方法。1.1.2.1 酸水解法制备纳米纤维素酸水解法是从纤维素材料中提取纳米纤维素的主要方法之一。由于纤维素是由结晶区和无定形区组合而成，无定形区域中纤维素之间的糖苷键容易被酸水解破坏而断裂，而结晶区由于其结构特性不容易被降解，因此制备得到的纳米纤维素保留了结晶区。酸
与热空气的接触中，水分迅速蒸发，固液两相分离形成具有粗糙结构的颗粒，流程如图2-1 所示。设置喷雾干燥机的参数，流量：800 L h-1，进料速度：10 ％，进气量：100 ％，进气温度：160 ℃。通过调节四种纤维的浓度，通过喷雾干燥获得的粒度大致相同的颗粒。图 2-1 喷雾干燥法形成粗糙纳米纤维素基颗粒的过程图Fig. 2-1 Process of preparation of rougness nanocellulose-based particles2.2.3.5 马尔文激光粒度仪分析通过马尔文激光粒度仪对颗粒进行粒度分析。具体测试方法：选择水为分散剂，选择不规则球形模式，搅拌速度 2500 r min-1，超声 1 min
图 2-2 涂料配制示意图Fig. 2-2 The process to fabricate superhydrophobic coatings with nanocellulose-basedparticles2.2.3.12 水接触角（WCA）和滚动角（SA）测试使用静态接触角仪对喷涂过样品的滤纸和玻璃进行接触角测试。测试方法为：将滤纸用双面胶贴在载玻片表面，保证滤纸样品表面平整，对于玻璃样品可以直接测试。测试中使用手动测量模式，设置液滴量为 5 μL 去离子水，为了减少误差，每个样品选取6 个不同的点进行测试。使用 DCAT21 表面张力仪进行动态接触角测试。把洁净的测试片插入样品夹，控制倾斜角度，将去离子水倒入样品室并滴落，测试其开始滚动时的角度即为动态接触角。2.2.3.13 涂层耐磨损性能检测
【参考文献】
相关博士学位论文 前1条
1 余成华;纳米纤维素基超疏水材料的制备及其应用研究[D];华南理工大学;2017年
相关硕士学位论文 前1条
1 李静;纳米纤维素的疏水改性及其在制浆造纸中的应用[D];齐鲁工业大学;2014年
本文编号：2849510
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/2849510.html
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