无机/有机复合超疏水耐磨涂层的制备及其性能的研究

摘要

超疏水表面是指液滴接触角大于150°，滚动角小于10°，具有特殊功能属性的材料表面。 近几年，制备耐磨的超疏水涂层成为超疏水领域的主要趋势之一。通过控制材料表面的化学成分和表面形貌，并引入粘结剂，可成功制备出耐磨超疏水涂层。 本论文以SiO2和TiO2为原料，采用喷涂法制备出耐磨的VTMS/SiO2/UPR超疏水涂层、APMS/SiO2/ER超疏水涂层以及润湿性可转变的TiO2/ER超疏水涂层。通过接触角测试仪测试水滴在涂层表面上的接触角（CA）和滚动角（SA）；通过扫描电子显微镜（SEM）观察涂层的表面形貌；通过傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）对纳米粒子进行化学分析；通过热重（TGA）对涂层的稳定性以及改性剂的接枝密度进行研究；通过砂纸摩擦实验，观察涂层CA的变化，进而对涂层的耐磨性进行分析。具体内容如下： （1）使用乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）改性的纳米二氧化硅（SiO2）颗粒与不饱和树脂（UPR）的乙酸乙酯溶液混合，经喷涂后制备出具有微纳米粗糙结构的超疏水耐磨涂层，实验结果表明，在所研究的粒径范围内，随着改性SiO2的粒径的增大，涂层的疏水性增大，并且当使用平均粒径达到170nm以后，涂层开始具有超疏水性；当改性SiO2/UPR的质量比在5:5到5:3之间时，涂层可以达到超疏水性；在相同改性SiO2/UPR的质量比的条件下，随着摩擦次数增加，涂层的疏水性一直减小，并且随着改性SiO2/UPR的质量比越大，涂层的超疏水性下降趋势越明显。 （2）使用氨基丙基三甲氧基硅烷（APMS）改性的纳米二氧化硅（SiO2）颗粒与环氧树脂（ER）的无水乙醇溶液混合，经过辛基三甲氧基硅烷修饰后，喷涂制备出了具有微纳米粗糙结构的超疏水耐磨涂层。实验结果表明，在所研究的历经范围内，随着改性SiO2的粒径的增大，涂层的疏水性增大，当使用改性SiO2的平均粒径为57nm时，涂层开始具有超疏水性；涂层的疏水性随改性SiO2/ER质量比的增大先增后减小，且当改性SiO2/ER质量比在4:5到5:3之间时，涂层具有超疏水性；在相同改性SiO2与ER的质量比的条件下，随着摩擦次数增加，涂层的疏水性一直减小，并且随着改性SiO2/ER的质量比越大，涂层的超疏水性下降趋势越明显。 （3）通过水热法制备纳米二氧化钛（TiO2）粒子后，与环氧树脂（ER）的无水乙醇溶液混合，经喷涂后疏水涂层经过二氯二乙基硅烷修饰后，得到了具有一定粗糙度的超疏水耐磨涂层。实验结果表明，在所研究的粒径范围内，涂层的疏水性随TiO2的平均粒径增大而增大，当平均粒径达到50nm左右，涂层就开始具有超疏水性；当TiO2/ER的质量比在4:4到4:3之间时，涂层均能达到较好的超疏水性，并且在质量比为4:4时，接触角达到最大153.5°；涂层在乙醇中至少需要浸渍3.5min后，才能获得超疏水性；不同TiO2/ER质量比的超疏水涂层的疏水性在经过数次摩擦之后疏水性会有所降低；由于TiO2的光敏特性，涂层在紫外光的照射下，可发生由超疏水性和亲水性之间的转换。 （4）本文通过对所制得的三种超疏水涂层在模拟污染下进行实验，证明了三种所制备的超疏水性涂层都具有良好的自清洁性；通过对三种超疏水涂层在3.5%的氯化钠溶液中的防腐蚀电化学研究，表明三种所制备的超疏水涂层有良好的防腐蚀性能；通过考察不同液滴对三种所制备的超疏水涂层的疏水性发现，三种超疏水涂层对于各种以水为溶剂的液滴具有疏水性，但对于油性物质具有亲油性，因此所制备的超疏水涂层在油水分离方面具有很大的应用前景。

目录

第1章 绪论

1.1自然界的超疏水现象

1.2超疏水涂层的基本理论基础

1.3超疏水涂层的制备方法

1.4超疏水涂层的应用

1.5超疏水涂层的研究现状

1.6选题依据和研究内容

第2章 改性二氧化硅/不饱和树脂涂层的制备及其性能的研究

2.1引言

2.2实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 改性二氧化硅/环氧树脂涂层的制备及其性能的研究

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第4章 二氧化钛/环氧树脂涂层的制备及其性能的研究

4.1 引言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.3本章小结

第5章 超疏水涂层的应用

5.1超疏水涂层的自清洁性

5.2超疏水涂层防腐的电化学研究

5.3不同液滴对涂层超疏水性的研究

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢