基于SiO2气凝胶的自清洁材料的制备和表征

摘要

自清洁材料是指在自然条件下可以维持自身表面的清洁，自动去除污渍，无须人工清洁，极大减少清洁成本的一类材料。自清洁材料的制备主要基于超疏水自清洁和超亲水自清洁两种原理。
　　以甲基三甲氧基硅烷为前驱体制备的SiO2凝胶颗粒，具有疏水性好、比表面积大、稳定性高、孔隙率高、密度小、热导率低等优点，在各种领域具有广泛的应用价值。但是对于一些低表面能的液体不具有疏液性，降低自清洁效果。因此，本文基于 SiO2气凝胶本身结构和在超疏水方面的优势，采用两种方法制备自清洁材料。主要研究内容和结论如下：
　　（1）超双疏自清洁织物的制备和自清洁性能测试：
　　采用溶胶凝胶法和常压干燥技术，以甲基三甲氧基硅烷（MTMS）为前驱体,以乙二酸和氨水为催化剂制备疏水型 SiO2凝胶颗粒，为了提升SiO2凝胶颗粒在使用过程中的牢度性能，使用γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）和氨丙基三甲氧基硅烷（APTMS）对SiO2凝胶颗粒分别接枝环氧基和氨基。研究发现经过改性后的SiO2气凝胶仍然具有纳米多孔网络结构。
　　经过前处理的棉织物被浸渍在壳聚糖溶液中，表面带有大量氨基。自然晾干后，依次浸轧带上环氧基和氨基的SiO2凝胶颗粒的甲醇分散液，最后通过化学气相沉积法（CVD）或浸泡法将十三氟辛基三甲氧基硅烷（PFTMS）整理到织物表面。发现经过此类整理的棉织物对水滴、食用油、十六烷的接触角分别达到164°、157°、162°，表现出优异的超双疏自清洁性能。即使在摩擦12500次后，接触角仍在150°左右，具有一定的超双疏效果，同时具有优异的耐摩擦牢度。研究发现经过改性后，与CVD法相比，采用浸泡法处理的样品耐摩擦牢度更好。
　　（2）光催化型超疏水自清洁材料的制备及在棉织物上的应用研究:
　　多相半导体光催化剂TiO2具有无毒无污染、效率高、操作简便、反应条件温和、适用范围广等优点，在自清洁领域倍受青睐。但是在实际应用中，传统的TiO2粉末存在吸附性能差、易凝聚、回收困难、费用高等缺点。因此，本文选用SiO2作为TiO2的载体，制备SiO2-TiO2复合光催化剂。复合颗粒SiO2-TiO2具有比表面积大、氧化活性高、吸附性强、易回收等优点。
　　以MTMS为前驱体制备疏水型SiO2凝胶颗粒，之后在其悬浮液中采用TiCl4低温苯甲醇醇解法原位生长TiO2，制备复合材料SiO2-TiO2。研究发现负载不同含量TiO2的两个样品SiO2-TiO2-A和 SiO2-TiO2-B均为锐钛矿型结构，晶粒尺寸分别为4.0nm和3.5nm左右，在紫外区具有很强的光吸收，比表面积分别达到341.7m2/g和379.0m2/g。
　　MTMS基SiO2凝胶颗粒表面带有大量CH3基团，具有纳米多孔网络结构，表现出较强的疏水性，同时SiO2有较大的比表面积，易于吸附有机污染物，当尺寸小、结晶完善的TiO2均匀分布在SiO2的表面时，可充分发挥TiO2的光催化降解性能。采用传统浸-轧-烘的方法，经复合颗粒SiO2-TiO2整理的棉织物水滴接触角达160°以上。经油酸沾染后，水滴接触角迅速减小为5°，但在紫外光的照射下该棉织物的水滴接触角能够恢复到160°左右，表明整理后的棉织物具有持久的自清洁性能。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2清洁表面

1.3 SiO2气凝胶概述

1.4TiO2概述

1.5本论文的研究意义及主要研究内容

第2章 超双疏自清洁织物的制备和自清洁性能测试

2.1引言

2.2实验部分

2.3测试及表征

2.4结果与讨论

2.5本章小结

第3章 光催化型超疏水自清洁材料的制备及在棉织物上的应用研究

3.1引言

3.2实验部分

3.3测试及表征

3.4结果与讨论

3.5本章小结

第4章 结论

参考文献

附录

撰写及发表论文情况

致谢