耐磨超疏水纳米复合涂层的制备及其性能研究

摘要

超疏水表面在自清洁、防结冰、防腐蚀等领域有着广泛的应用前景，引起了科研工作者极大的兴趣。常见的人工制备超疏水表面的方法有:静电纺丝法、层层自组装法、电化学沉积法、和溶胶-凝胶法等。上述方法都遵循两个策略:一是构筑有序的微尺度粗糙结构，二是使用低表面能材料对粗糙表面进行修饰。尽管在过去的几十年里，关于制备超疏水材料的报道很多，但是真正应用于生产的超疏水材料却很少。这是由于制备超疏水的方法一般繁琐，耗材昂贵，不利于大规模生产。此外，大多数超疏水表面的耐磨性较差，表面粗糙结构很容易被破坏，严重影响表面的疏水性，阻碍了超疏水表面走向实际应用。因此，开发一种简单而又易于产业化的技术，能够在不同基体上构筑耐磨超疏水表面是非常必要的。本文通过喷涂法成功制备出耐磨超疏水纳米复合涂层，并研究此类材料在油水分离中的应用。主要研究成果如下:
　　(1)我们喷涂制备了环氧树脂基纳米复合涂层，使用聚四氟蜡粉末改善了复合涂层的疏水性能及摩擦学性能。探讨了聚四氟蜡填料的含量对纳米复合涂层的疏水性能及摩擦学性能的影响。同时改变干摩擦的条件，研究复合涂层的摩擦性能。结果表明，环氧树脂基纳米复合涂层体现出良好的疏水性能和优异的摩擦学性能。
　　(2)为了提高纳米复合涂层的疏水性能，我们制备出具有多尺度粗糙结构的聚氨酯/二硫化钼纳米复合涂层。在不需任何修饰的情况下，涂层与水的接触角可达157°。探讨了二硫化钼的含量对涂层微观结构及疏水性能的影响。结果表明，随着二硫化钼含量的增加，复合涂层的表面粗糙度与接触角也随之增加。超疏水涂层体现出优异的抗磨性能。
　　(3)喷涂制备了环氧树脂/凹凸棒耐磨超疏水纳米复合涂层，并研究了耐磨超疏水纳米复合涂层在油水分离中的应用。探讨了凹凸棒的含量对涂层表面微观结构和疏水性能的影响，并考察了网膜的油水分离能力以及耐久性。结果表明，网膜在循环使用30次后或在恶劣的环境下（机械磨损、强酸、强碱、高温等）仍可以保持良好的超疏水性能和较高的油水分离效率。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 超疏水的定义

1．1．1 静态接触角

1．1．2 动态接触角

1．2 自然界中的超疏水现象

1．3 超疏水表面的应用

1．3．1 自清洁

1．3．2 无损运输

1．3．3 油水分离

1．3．4 其他方面的应用

1．4 超疏水界面的制备

1．4．1 溶胶-凝胶法

1．4．2 刻蚀法

1．4．3 静电纺丝法

1．4．4 模板法

1．4．5 层层自组装法

1．4．6 喷涂法

1．5 耐磨超疏水表面的制备

1．5．1 构筑微纳米分级结构

1．5．2 选用机械强度高的材料

1．5．3 选用减摩耐磨材料

1．6 研究目的与主要研究内容

第二章 环氧树脂基耐磨疏水纳米复合涂层

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料

2．2．2 环氧树膳基耐磨疏水纳米复合涂层的制备

2．2．3 涂层的性能测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 涂层的润湿性能

2．3．2 涂层的摩擦磨损性能

2．4 本章小结

第三章 PU／MoS2耐磨超疏水纳米复合涂层

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料

3．2．2 PU／MoS2超疏水纳米复合涂层的制备

3．2．3 涂层的性能测试与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 PU／MoS2涂层的表面形貌及润湿性能

3．3．2 PU／MoS2涂层的摩擦磨损性能

3．4 小结

第四章 耐磨超疏水涂层在油水分离上的应用

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验材料

4．2．2 超疏水／超亲油滤膜的制备

4．2．3 性能测试与表征

4．3 结果与讨论

4．4 小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

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