功能化超疏水/超双疏材料的制备及性能研究

摘要

通常，将水滴在固体表面的接触角大于150°，滑动角小于10°的表面称为超疏水表面。当固体表面同时对水滴和低表面张力液体的接触角大于150°时，该表面称为超双疏表面。近年来，超疏水和超双疏表面在自清洁、防结冰、防雾、抗菌、防腐蚀及油水分离等领域，具有广泛的应用前景。研究表明，构筑微纳米级粗糙结构和较低的表面自由能是制备超疏水表面的两个重要因素。近年来，研究人员在超疏水表面制备方面取得了许多优异成果。但大多数超疏水表面只具有疏水性而不具有疏油性，有机液体很容易在表面铺展开，这种现象主要是由于超疏水表面的表面张力高于油性液体的表面张力造成的，因此可以通过采用表面张力更低的修饰剂制备具有疏油性能的表面。目前，结合特殊的微纳米级粗糙结构和低表面能氟碳化合物，已经制得多种性能优异的超双疏材料。但大多数超疏水/超双疏材料在实际应用中容易受外部应力的作用而使得表面结构遭受破坏，或在苛刻的酸碱环境中减弱或丧失超疏液性。因此，采用简易、成本低廉且耗时短的制各方法，同时增强材料的耐机械磨损性和化学稳定性对其在实际生产中的应用具有非常重要的意义。 本论文主要选用成本低廉的高岭土微纳米颗粒为主要原材料，通过不同低表面能化合物的修饰制备出性能优异的多功能超疏液材料，且制备方法简单、易于操作。本论文的主要研究内容为： (1)选用高岭土颗粒和硬脂酸为原材料，采用滴涂法制得性能优异的超疏水材料。制得的材料具有优异的超疏水性，其水接触角为159°，且水滴极易在材料表面滚动。将制得的材料滴涂在布块上，可用作油吸附材料，通过吸附作用实现油水混合物的分离，具有较高的油吸附能力。同时，制得的材料还具有杰出的自清洁能力。 (2)以高岭土颗粒和全氟辛酸为原材料，采用滴涂法制得超疏油．超亲水材料。制得的材料在空气中和水下对多种油滴和十六烷均表现出极好的疏液性，且水下油接触角略大于空气中的油接触角，同时在水下还具有较低的油粘附性。超疏油．超亲水颗粒可用作油水分离材料，能有效分离多种油水混合物，且分离效率高达85%以上。而且，制得的材料还具有优异的自清洁性能。 (3)以高岭土颗粒和1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷为原材料，在玻璃基底上制得性能优异的超双疏材料。制得的材料对水、油和十六烷都表现出优异的排斥性，且具有良好的自清洁能力。 (4)选用高岭土颗粒为原材料，结合1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷和有机硅氧烷(二甲基二乙氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷)成功的在不同基底上制得具有耐磨损性能的多功能超双疏材料。该材料对水、有机液体和油均表现出优异的疏液性，其接触角均高于150°。制得的材料能承受一系列机械耐久性和化学稳定性测试，在苛刻的环境下依然保持良好的超双疏性，而且还具有优异的自清洁能力和较低的油粘附性。

目录

第一个书签之前