纸基超疏水表面的构建及性能研究

来源 :天津科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zzyp
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
超疏水自清洁表面基于表面的微/纳米形态。然而,这种表面在机械上是弱的,并且目前超疏水涂层的实际应用也受到限制。本文通过γ-氨丙基三乙氧基硅烷对微米和纳米TiO2进行改性,然后结合不同的低表面能物质来制备超疏水涂料,然后采用丝棒涂布的方法在纸基材料上构建超疏水表面,对改性后粒子的化学组成、结晶性、热稳定性以及纸张的表面形貌进行了详细研究并对纸张表面的疏水性、耐久性、自清洁性和油水分离性能进行评价。(1)改性微/纳米TiO2超疏水涂层是通过γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)和1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷(POTS)对微米和纳米两种尺寸的TiO2粒子进行疏水改性处理,然后将改性后的微/纳米TiO2涂布在纸基材料表面。FT-IR分析显示在1000~1500cm-1之间出现多个C-F键的伸缩振动峰,XPS分析显示290.74 e V(CF2),291.73 e V(CF2)和294.05 e V(CF3)峰的出现,表明POTS通过化学键与TiO2表面发生了结合。并且晶体结构没有受到影响。改性微/纳米TiO2在300℃下热失重较原始微/纳米TiO2少,说明POTS的加入降低了样品的吸湿性。扫描电子显微镜(SEM)和x射线能量色散谱(EDS)表明,纸基材料表面上均匀分布了的微米和纳米尺寸的TiO2颗粒且F元素均匀分布在表面,具备了形成超疏水表面的条件。涂层表面的接触角(WCA)为156°±1.5°,滚动角(WSA)为3.5°±0.5°,水滴在涂层表面呈球形,且在6个月的自然环境下接触角仍能达到150°,表明纸张表面具备了优异的超疏水性能和稳定性。自洁净测试和油水分离实验表明,涂布纸表面具有良好的自清洁和油水分离性能。(2)改性纳米TiO2稳定超疏水涂层是由KH550、POTS、EP和纳米TiO2制备的。FTIR和XPS分析证明成功制备了EP-POTS-KH550-TiO2,并且晶体结构没有受到影响。改性纳米TiO2在300℃下热失重较原始纳米TiO2少,说明POTS和EP的加入降低了样品的吸湿性。与未涂布的滤纸相比,由于在纤维网络上沉积了一层TiO2微团簇,所制备的纸显示出微纳米粗糙结构并且改性的TiO2、POTS和EP均匀的分布在纸张表面。该超疏水纸表现出153°±1.5°的水接触角和3.5°±0.5°的滚动角,但滤纸的未涂布面仍保持亲水性,在水射流和水浸的情况下,涂层表面仍具有良好的不润湿性。超疏水纸可以承受20次的胶带剥离,所制备的超疏水纸即使在用砂纸磨损20次后仍显示出机械耐久性,酸和碱溶液中保持96小时,它仍可发挥超疏水性能。在自然环境中保存8个月后,超疏水性不受影响。证实了超疏水纸表面表现出优异的化学稳定性和长期稳定性。此外,涂布纸表面表现出优异的自清洁性能以及油水分离的能力且经过10次循环后,分离效率始终保持在98%以上,说明超疏水性纸张具有良好的可再使用性。(3)改性纳米TiO2绿色稳定超疏水涂层是通过使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)和经KH550改性的纳米TiO2制备的。FTIR和XPS结果验证了表面化学改性,以及KH550和PDMS通过化学键合附着在表面上,并且晶体结构没有受到影响。改性纳米TiO2在200℃下热失重较原始纳米TiO2少,这可能是由于低表面能PDMS的引入降低了样品的吸湿性。SEM、光学轮廓仪和EDS表明,滤纸表面由TiO2纳米颗粒的不同聚集尺寸引起了分层结构且低表面能物质PDMS均匀分布在纸张表面,所得超疏水涂层的WCA为154.5°±1.5°,WSA为3.5°±0.5°,并且该涂布纸在水浸下仍然具有良好的不润湿性。另外,该涂布纸耐受机械损伤和各种温度条件。胶带剥离40次后,所得表面具有良好的机械稳定性。即使经过40次砂纸磨损循环,涂层仍可以保持良好的机械稳定性和超疏水性。另外,该超疏水涂层对不同的p H溶液具有良好的排斥作用,经过50个弯曲循环后仍具有较高的抗弯曲性和疏水稳定性。所制备的超疏水性纸表现出优异的自清洁和防污性能,此外,该超疏水涂层有效地用于油水分离,并且在油水液体中显示出良好的分离性能,甚至在10次分离循环后,分离效率也高达98%。制备的超疏水纸在特种润湿材料行业中具有应用前景。
其他文献
针对目前金属腐蚀严重且防锈手段的缓蚀率不高、有毒等问题,本课题研究并制备出了碳钢用绿色气相防锈纸。实验选用了苯甲酸钠、葡萄糖酸钠、植酸、柠檬酸钠四种药品进行气相缓蚀剂的复配,并探究复配气相缓蚀剂对A3钢和45#钢的缓蚀性能。通过密闭空间挥发减量实验和气相快速甄别实验对缓蚀剂进行初步评价,再采用电化学实验与湿热实验来选取最佳缓蚀率复配组,最后将防锈原纸浸渍在此复配气相缓蚀剂中,制成防锈纸,对碳钢进行
学位
全降解木塑复合材料是一种全新的绿色环保产品,是一种生态洁净的复合材料,具有发展潜力和广阔的使用前景。本文选用马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)作为偶联剂,选用无机钛白粉、无机温变红和有机永固黄为着色剂,采用共混热压工艺制备毛白杨木粉/聚(β-羟基丁酸戊酸酯)(PHBV)复合材料,以及以此为材料制备木塑托盘,通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)、差示扫描量热法(
学位
血小板输注是临床上用于预防和治疗血小板减少或功能异常所致出血性疾病的重要救治手段。22±2℃振荡储存血小板因其细胞浓度高、输注治疗效果好,在临床上被广泛应用。但其易受到细菌污染和储存损伤影响,导致储存期限较短。在突发情况下,血小板需求量急剧增加,但其苛刻的储运条件,不便于血小板向偏远地区运输,再加上其储存期限较短导致血小板供应不足问题突出。因此,为解决血小板储存运输不便问题,开展血小板新型包装储运
学位
铝塑复合包装材料是由塑料聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和铝箔经过粘合剂作用复合而成的功能性包装材料。目前铝塑复合包装材料使用量逐年增多,但回收量仅有15%,不仅污染环境,而且造成资源浪费。当前铝塑复合物回收技术存在分离不彻底、分离剂污染性高、分离效率低等问题。因此,本课题选择了天然固体酸作为铝塑分离剂进行分选技术研究及分离机理分析。本课题研究了分别以固体酸柠檬酸、草酸作为铝塑分离剂时的分离工艺,研究
学位
近年来,中国高铁技术迅猛发展,中国高速铁路总里程已经位居世界第一。但是,高铁道钉生产企业对高铁道钉的整理装箱过程还是以人工操作为主,这样就造成了生产效率低,劳动强度大,计数不准确等问题。此外,由于道钉表面有一层防锈镀层,在人工装箱过程中极容易造成其表面磨损,从而导致道钉损坏。本文的研究目的是在整合前人对生产线研究的基础上,克服现有技术的不足,为高铁道钉整理装箱提供一种结构简单、操作方便、工作高效的
学位
目前,“不知火”柑橘的市场需求越来越大,为了解决柑橘在实际包装过程中由于人工手动装袋、装箱等导致的效率低下问题,设计一条全自动柑橘包装生产线。本文首先基于“不知火”柑橘的特殊体型特征,制定了生产工艺流程,之后确定了生产线的组成部分和具体布局,随后利用Solid Works软件建立了与实际大小一致的生产线虚拟模型,然后根据相关尺寸设定工序的循环时间,通过相应公式求解生产线节拍和平衡率。此外,本文运用
学位
随着技术的发展,摩擦纳米发电器件(TENG)在制造过程中对形状的控制提出了新的需求。采用直接书写打印(DIW)的制造方法,可按需逐层打印TENG,此外,加入其他功能聚合物,将扩大TENG器件的应用范围。以纤维素纳米纤维(CNF)制作的气凝胶具有绿色可再生、孔隙率高、比表面积大、生物相容性好等优点,是一种具有发展前景的TENG正极材料。但纤维素气凝胶强度较低,在较高压缩应变下使用寿命较短,因此,提高
学位
企业是我国实施创新驱动发展战略的主力军,其中高新技术产业作为战略性新兴产业,在众多类型的企业中有着领军作用,对于我国经济结构转型具有重要意义。高技术产业具有智力性高、环境污染少的特点,同时也是国际经济和科技竞争的重要阵地。而技术市场竞争的复杂化促使以知识产权保护为策略的协同创新日渐成为高新技术企业提高创新绩效的有效途径,因此,研究协同创新对企业创新绩效的影响与作用具有显得尤为重要。本文按照基于协同
学位
商品在流通过程中会受到冲击、振动等形式的伤害,当外界作用力超过了产品的耐受限度,产品就会遭到破坏。缓冲包装可以有效地保护产品,最大限度保证产品完好地到达消费者手中。EPE由于其降解难度低、回收利用率高、缓冲性能优异等特性被广泛应用于缓冲包装。本文以EPE为主要研究对象,探讨其动态缓冲特性曲线的预测及各向异性,利用计算机辅助设计实现材料数据管理及缓冲衬垫多目标优化设计功能。(1)本文引入对勾函数、双
学位
金属有机框架(MOFs)是一种以金属离子或者金属团簇为节点和有机配体通过配位自组装形成的具有周期性网络结构的晶体材料,具有永久多孔性和可调的光学特性等优点,被广泛地应用于危害物检测领域。本论文选用了一种的荧光Zn-MOFs(Zn-TCPE),其配体H4TCPE具有聚集诱导发射特性。由于Zn-MOFs具有水不稳定性,Zn-TCPE在水溶液中因水分子的配位而发生荧光降低;且进一步地与含有孤对电子的活性
学位