耐磨超疏水材料的制备及其耐久性能研究

摘要

超疏水材料由于其独特的自清洁性能在很多领域有着广阔的应用前景，例如织物表面的防污，金属表面的防腐，低温环境下的防冻等。目前，仿照自然界中特异润湿性，制备了一系列人工合成的超疏水材料。但是，在实际应用中，超疏水材料由于其机械性能较差，表面的微纳米结构脆弱，很容易被外力破坏而失去其疏水性能。因此，提高超疏水材料的机械强度，制备耐磨耐久性的超疏水材料对其在各个领域的广泛应用有着非常重要的意义。 本文拟采用金属氧化物、聚四氟乙烯(PTFE)和纤维织物为原料，通过简单、低成本的方法制备出超疏水性能优异、耐磨耐久性好、机械性能稳定的超疏水材料，以期为超疏水材料的实际应用提供一定的理论依据。 本论文主要研究内容如下： (1)以五种不同金属氧化物为原料，将其两两复合，并使用硬脂酸进行低表面能化修饰，制备彩色的超疏水材料。制得的材料具备良好的疏水性能，接触角都保持在150°以上。通过调整不同金属氧化物的比例和加入丙烯颜料的用量实现了超疏水材料颜色多样性和渐变性的控制。砂纸磨损结果表明，通过调整金属氧化物的比例可以一定程度上提高材料的机械强度。此外，制得的材料还可以用于油水混合物的分离，且拥有良好的油水分离效率。 (2)以PTFE为前驱体，将制得的酸性二氧化硅纳米溶胶在PTFE表面沉积，再用二甲基二乙氧基硅烷(DEDMS)低表面能化修饰制备机械性能稳定的超疏水材料。砂纸磨损，水滴冲击和胶带粘附测试结果表明，材料拥有良好的机械稳定性。对材料进行自清洁性能测试，结果表明，材料具备优异的自清洁能力。此外，超疏水材料可以被回收溶解重新制备新的超疏水材料。 (3)以纤维织物为原材料，将甲基三乙氧基硅烷(MTES)改性的二氧化硅原位沉积在纤维上，然后用铝酸酯偶联剂(ACA)对其进行超疏水化，制备超疏水-超亲油的纤维织物。制得的材料对日常生活中的一些常见液体，例如茶叶、牛奶和咖啡都具有良好的排斥性。此外，我们制得的材料还可以用于油水混合物的分离，且具有很高的油水分离效率。 (4)通过银纳米粒子在织物上原位沉积和铝酸酯偶联剂(ACA)低表面能化，制备具有抑菌性能的超疏水织物。机械洗涤和超声测试表明，超疏水织物拥有良好的机械耐久性和稳定性。

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