常压等离子体射流制备超疏水棉织物及其油水分离应用研究

发布时间：2020-10-23 04:12

　　 超疏水纺织品由于其特殊的浸润特性,使其在自清洁、抗污、油水分离、防覆冰及耐腐蚀等领域中具有潜在的应用价值,随着科研人员对超疏水表面的研究不断深入,已经报道了许多构筑超疏水表面方式和手段。常压等离子体射流技术作为一种新型的表面改姓技术,具有操作简单、能耗少、成本低及安全性高等众多优点。本文在大气环境下,以氧气为离子化气体,六甲基二硅氧烷(HMDSO)和八甲基环四硅氧烷(D4)为单体,利用大气压等离子体射流技术在棉织物上一步制备超疏水表面,并探索了将超疏水棉应用于油水分离上的可行性。本文研究的主要内容包括以下几个方面:(1)以HMDSO为单体,将占空比、单体流量以及离子化气体的种类和流量对改性织物的表面形貌和疏水性能进行了考察。结果表明:在占空比为60%,单体流量为15g/h,离子化气体流量为1500L/h时,改性织物可获得优异的超疏水性能,同时经氧气等离子改性棉织物的接触角明显要比在氮气等离子体改性的高。(2)以D4为单体,对占空比、单体流量以及离子化气体和流量对改性织物的表面形貌和疏水性能进行了考察,同时与以HMDSO为单体所获得的改性棉织物进行疏水性能的比较。结果表明:在同等条件下,以HMDSO为单体所获得的超疏水棉织物在接触角大小及疏水薄膜的稳定性都要优于D4。(3)利用红外吸收光谱、扫描电镜以及EDS对改性前后织物的表面形貌和化学成分进行了分析,发现改性后纤维表面沉积了一层由纳米颗粒堆积形成的薄膜,红外吸收光谱显示Si-O-Si,S-CH_3等化学键被接枝到棉纤维的表面,元素分析结果表明,硅元素均匀地存在于纤维表面。(4)对经过两种单体改性后的棉织物进行了服用性能测试并与原样形成对比,发现这种改性方式几乎不影响棉织物的透气透湿性和拉伸强力性能,同时将改性织物在大气环境中存放三个月后发现,接触角值并未出现明显的下降,且水洗干燥之后织物接触角下降的度数在可接受的范围内。(5)最后对超疏水棉在油水分离上的应用性开展了研究,发现改性棉对不同的油水混合物的分离的效率非常高,并且对油-水混合物在十次分离后效率仍然能达到95%以上,而且对乳化油也有一个非常好的分离效果,同时对强酸强碱及高温等恶劣条件也具有一定的抵抗能力。
【学位单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS195.5
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 超疏水表面概述
    1.2 超疏水材料的制备方法
        1.2.1 浸渍法（Dip coating）
        1.2.2 溶胶-凝胶法（Sol-gel method）
        1.2.3 喷涂法（Spray coating）
        1.2.4 气相沉积法（Vapor deposition method）
        1.2.5 静电纺丝法（Electrospinning）
        1.2.6 层对层沉积技术（Layer-by-layer deposition technology）
        1.2.7 等离子体改性（Plasma modification）
    1.3 常压等离子体射流的优点
    1.4 常压等离体子射流制备超疏水织物的应用研究
    1.5 本文的主要研究内容
第二章 实验材料和研究方法
    2.1 化学试剂和实验仪器
        2.1.1 化学试剂
        2.1.2 大气压等离子体射流装置和实验仪器
    2.2 超疏水棉织物的制备方法
        2.2.1 有机硅单体的性质
        2.2.2 大气压等离子体射流制备超疏水棉织物
        2.2.3 分析测试方法
第三章 实验结果
    3.1 各实验参数对六甲基二硅氧烷改性棉织物疏水性能和表面形貌的影响
        3.1.1 占空比对改性棉织物疏水性能和表面形貌的影响
        3.1.2 单体流量对改性棉织物疏水性能和表面形貌的影响
        3.1.3 放电气体流量对改性棉织物疏水性能和表面形貌的影响
    3.2 各实验参数对八甲基环四硅氧烷改性棉织物疏水性能和表面形貌的影响..
        3.2.1 占空比对改性棉织物疏水性能和表面形貌的影响
        3.2.2 单体流量对改性棉织物疏水性能和表面形貌的影响
        3.2.3 放电气体流量对改性棉织物疏水性能和表面形貌的影响
    3.3 大气压等离子体射流技术对两种单体改性棉织物的原理性探讨
        3.3.1 表面形貌分析
        3.3.2 红外光谱分析
        3.3.3 EDS分析
    3.4 HMDSO和 D4 单体等离子体聚合机理探讨
    3.5 改性织物的服用性能测试
        3.5.1 透气性测试
        3.5.2 拉伸强力测试
        3.5.3 柔软性测试
        3.5.4 耐久性测试
        3.5.5 稳定性测试
        3.5.6 透湿性测试
第四章 超疏水棉非织物的应用性能研究
    4.1 前言
    4.2 改性棉非织物的疏水效果
        4.2.1 放电气体和单体的种类对改性非织物疏水效果的影响
        4.2.2 拒水亲油性能测试
        4.2.3 自清洁性能测试
    4.3 油水分离实验
        4.3.1 水中吸油实验
        4.3.2 油水混合物分离实验
        4.3.3 乳化油水混合物的分离
        4.3.4 耐腐蚀及高温测试
        4.3.5 耐磨性测试
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读学位期间的研究成果
致谢

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本文编号：2852535