聚乙烯醇亲水性防雾涂层的制备与性能研究

摘要

透明材料在一定环境下会结雾，这是生产、生活中的一个常见现象，这种现象给人们带来很多困扰，甚至于造成重大的经济损失，因此研究如何解决透明材料结雾问题将具有非常巨大的应用价值。目前解决这类问题的主要方法有物理加热和涂覆涂层两种途径。
　　本文提出一种经济、简便的方法，在基材表面（玻璃基底和二氧化硅基底）进行多步化学反应，将具有防雾作用的物质聚乙烯醇涂覆到基材表面，得到的涂层不但与基底的结合力较好，并且对透明基材原有的透光性影响很小。首先通过3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTS)在基材表面制备末端带有氨基基团的自组装硅烷膜，将马来酸酐接枝聚乙烯(PEMA)作为交联剂，连接带有氨基基团的玻璃表面和聚乙烯醇(PVA)，从而制得透明均一的防雾涂层。傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)和接触角表征确认防雾涂层表面的各步骤均反应，成功接枝。通过扫描电镜(SEM)和紫外可见分光光度计等测试手段对防雾涂层的表面形貌、膜厚和透光率进行了表征。通过耐水性测试，发现本实验制各的亲水表面有较好的耐水性，并且涂层与基底的络合力较好。
　　通过三种不同环境下的防雾测试考察了涂层表面的防雾性。结果发现当PEMA/PVA浓度组合分别为0.1％，1％和0.5％，1％时，涂层的防雾效果较好。
　　通过测量不同防雾表面的防雾寿命，发现PEMA/PVA配比对防雾寿命有着重要影响。PEMA/PVA(0.5％1％)的表面暴露在水气氛中56s左右时，表面部分开始雾化，直至209s左右表面全部雾化。而当配比调整为PEMA/PVA(0.1％1％)时，初始雾化和完全雾化时间分别延长为78s左右和393s左右。通过调整配比来提高表面防雾寿命，成为提高表面防雾性能的一个重要途径。
　　通过湿空气露点冷凝实验进一步证明了防雾表面的防雾机理就是在冷凝过程中形成了一层无法观察到的水膜，并且证明了结雾就是表面上形成数量足够多，体积足够大，能够反射光线的小液滴群。
　　通过液滴撞击水平固体表面的研究发现，当液滴以相同高度撞击表面的时候，防雾表面同普通玻璃相比，更加不影响人的视线，并且下落高度越高，防雾表面的这个效果就越好。

目录

声明

摘要

引言

1 文献综述

1．1 防雾表面概述

1．1．1 结雾原理

1．1．2 接触角和表面润湿性

1．1．3 防雾途径

1．2 防雾表面制备

1．2．1 疏水性防雾涂层

1．2．2 亲水性防雾涂层

1．3 聚乙烯醇用于表面制备

1．3．1 聚乙烯醇合成与发展

1．3．2 聚乙烯醇用于防雾涂层制备

1．4 3-氨基丙基三乙氧基硅烷用于表面制备

1．4．1 硅烷偶联剂概述

1．4．2 APTS用于表面制备的应用

1．5 本文选题依据及研究内容

2 聚乙烯醇亲水表面的制备

2．1 概述

2．2 实验材料与仪器

2．2．1 药品与试剂

2．2．2 实验仪器及设备

2．3 实验方法

2．3．1 药品与试剂的预处理

2．3．2 样品表面的预处理

2．3．3 样品表面的羟基化

2．3．4 样品表面的氨基化

2．3．5 样品表面接枝PEMA

2．3．6 样品表面接枝PVA

2．3．7 聚乙烯醇亲水表面制备影响因素的控制

2．3．8 聚乙烯醇亲水涂层的表征

2．4 实验结果与讨论

2．4．1 功能表面制备影响因素的控制

2．4．2 聚乙烯醇亲水涂层的表征

2．5 小结

3 聚乙烯醇亲水功能表面的防雾性研究

3．1 概述

3．2 防雾性能研究

3．2．1 防雾性能测试

3．2．2 功能表面的防雾寿命

3．3 湿空气露点冷凝实验

3．3．1 实验材料和仪器

3．3．2 露点冷凝实验台

3．3．3 露点冷凝实验步骤

3．4 实验结果与讨论

3．4．1 防雾性能测试

3．4．2 功能表面的防雾寿命

3．4．3 露点冷凝实验

3．5 结论

4 液滴撞击固体表面铺展特性的研究

4．1 概述

4．2 实验仪器与材料

4．3 液滴撞击固体表面实验台、实验步骤及数据处理方法

4．4 实验结果与讨论

4．4．1 液滴物性的影响

4．4．2 撞击高度的影响

4．5 结论

结论

参考文献

附录A 英文缩略词

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢