反应性聚硅氧烷纳米颗粒的制备及超疏水表面的构筑

摘要

聚硅氧烷纳米颗粒具有良好的耐热性、耐候性、生理惰性和疏水性等优良特性，在很多领域被广泛应用。本研究以烷氧基硅烷作为前驱体，在醇或水体系，催化剂的作用下，通过溶胶-凝胶法和乳液法制备聚硅氧烷纳米颗粒，并将其负载于棉织物表面，制备超疏水棉织物。向体系中引入γ-(2,3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷（GPTMS），制备环氧基化的聚硅氧烷纳米颗粒。利用环氧基和基材表面羟基共价结合，提高超疏水表面的疏水耐久性。基于此，本课题主要开展以下两方面工作：
　　(1)以甲基三甲氧基硅烷（MTMS）、丙基三甲氧基硅烷（PTMS）、GPTMS为前驱体，异丙醇为溶剂，通过溶胶-凝胶法制备聚丙基甲基环氧基硅氧烷（PPMGSQ）溶胶。向PPMGSQ溶胶中加入非溶剂水，获得相分离的PPMGSQ溶胶。通过浸-烘将其负载于棉织物，制备具有一定疏水耐久性的超疏水棉织物。采用扫描电子显微镜观察棉织物的表面形貌，视频光学接触角测量仪检测棉织物的润湿性能；探索前驱体用量对棉织物疏水性的影响规律；研究加水引发相分离的PPMGSQ溶胶对负载后棉织物表面形貌的变化规律；通过摩擦、洗涤考察超疏水棉织物的疏水稳定性，建立具有较好耐用性的PPMGSQ相分离溶胶处理棉织物的制备方法。结果表明，向PPMGSQ溶胶中加入适量的水，获得稳定的相分离PPMGSQ溶胶，处理的棉织物接触角高达161°。经过800次机械摩擦和10次家庭洗涤后，棉织物的接触角降低到141°和145°，具有一定的疏水耐摩擦性和耐洗涤性。
　　(2)以PTMS为前驱体，十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）和GPTMS为改性剂，通过水体系乳液法制备聚丙基十六烷基环氧基硅氧烷（PPHGSQ）纳米颗粒。考查搅拌速度，表面活性剂用量、氨水用量和改性剂用量对乳液稳定性以及聚硅氧烷纳米颗粒粒径的影响。采用浸轧方式将聚硅氧烷纳米颗粒负载于棉织物表面，获得具有良好超疏水性的棉织物。通过扫描电子显微镜观察棉织物的表面形貌，并对纤维表面进行能谱分析；考察摩擦、洗涤对棉织物疏水稳定性的影响，建立具有较好耐用性的PPHGSQ纳米颗粒处理棉织物的制备方法。研究发现，使用最优工艺制备的聚硅氧烷纳米颗粒处理的棉织物接触角为164.5°。经800次机械摩擦和10次家庭洗涤后，接触角为135°和155°。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 超疏水表面简介

1.2 超疏水表面制备方法的研究进展

1.2.1 模板法

1.2.2 溶胶-凝胶法

1.2.3 水热法

1.2.4 层层自组装法

1.2.5 化学气相沉积法

1.2.6 刻蚀法

1.2.7 静电纺丝法

1.2.8 相分离法

1.3 聚硅氧烷超疏水表面的研究进展

1.4 课题的提出

2 聚丙基甲基环氧基硅氧烷的制备及超疏水表面的构筑

2.1 实验部分

2.1.1 实验原料及设备

2.1.2 PPMSQ溶胶的制备

2.1.3 PPMGSQ溶胶的制备

2.1.4 棉织物的清洗

2.1.5 PPMGSQ溶胶对棉织物的处理

2.1.6 表征与测试

2.2 结果和讨论

2.2.1 聚硅氧烷溶胶的形成机理及加水产生相分离的原因

2.2.2 PPMGSQ溶胶的红外测试

2.2.3不同用量的前驱体对棉织物疏水性的影响

2.2.4 不同加水量的PPMSQ溶胶对棉织物的表面形貌及疏水性的影响

2.2.5 不同加水量的PPMGSQ溶胶对棉织物的表面形貌及疏水性的影响

2.2.6 加水前后PPMGSQ溶胶的透射电镜图

2.2.7 机械摩擦对棉织物疏水性的影响

2.2.8 洗涤对棉织物疏水性的影响

2.2.9 棉织物表面能谱分析

2.2.10 棉织物的物理机械性能

2.3 小结

3 聚丙基十六烷基环氧基硅氧烷的制备及超疏水表面的构筑

3.1 实验部分

3.1.1 实验原料及设备

3.1.2 聚硅氧烷纳米颗粒的制备

3.1.3 棉织物的洗涤

3.1.4 聚硅氧烷纳米颗粒在棉织物的负载

3.1.5 表征与测试

3.2 结果与讨论

3.2.1 聚硅氧烷的形成机理分析

3.2.2 聚硅氧烷纳米颗粒粉末的疏水性测试

3.2.3 PPHGSQ颗粒的红外测试

3.2.4 聚硅氧烷纳米颗粒在棉织物上的负载

3.2.5 搅拌速度对颗粒粒径的影响

3.2.6 表面活性剂用量对颗粒粒径及棉织物疏水性的影响

3.2.7 氨水用量对颗粒粒径及棉织物疏水性的影响

3.2.8 改性剂用量对颗粒粒径及棉织物疏水性的影响

3.2.9 棉织物的表面形貌分析

3.2.10 机械摩擦对棉织物疏水性的影响

3.2.11 洗涤对棉织物疏水性的影响

3.2.12 棉织物表面能谱分析

3.2.13 棉织物的热重分析

3.2.14 棉织物的物理机械性能

3.3 小结

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 主要创新点

4.3 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文目录

参加项目

声明