【摘 要】
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超疏水表面在自清洁、流体减阻、防腐防污、抗结冰等领域有着重要的应用前景。利用材料的超疏水性能,可使包装达到自清洁;纺织品达到防水防污;建筑物、船、汽车达到防腐蚀;电线达到防冻等功效。受自然界中“荷叶效应”启发,超疏水表面的基础研究受到了广泛的关注。研究发现,疏水材料的性能是由材料的表面能和微观上的几何结构共同决定的,表面能越低,在一定的范围内粗糙程度越高,则材料的疏水性能越强。本论文使用自下而上的
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超疏水表面在自清洁、流体减阻、防腐防污、抗结冰等领域有着重要的应用前景。利用材料的超疏水性能,可使包装达到自清洁;纺织品达到防水防污;建筑物、船、汽车达到防腐蚀;电线达到防冻等功效。受自然界中“荷叶效应”启发,超疏水表面的基础研究受到了广泛的关注。研究发现,疏水材料的性能是由材料的表面能和微观上的几何结构共同决定的,表面能越低,在一定的范围内粗糙程度越高,则材料的疏水性能越强。本论文使用自下而上的方法,用实验室自制的纳米二氧化硅粒子来构筑粗糙结构,并对纳米颗粒进行疏水修饰,采用共混和溶胶凝胶的方法将纳米粒子和具有极低表面能的聚四氟乙烯（PTFE）材料相结合,制备出具有类似荷叶表面微纳复合结构的纳米Si O2/PTFE超疏水复合涂层。使用ZS-90纳米粒度仪、傅里叶红外光谱对纳米二氧化硅粒子的粒径、分散性及集团接枝情况进行表征。使用扫描电子显微镜、静态接触角测量仪对纳米涂层的表面形貌和疏水性能表征。通过耐摩擦实验、稳定性试验、自清洁实验等实验对涂层的耐磨性,稳定性,自清洁性能能进行表征,主要得到结论如下:1、对比溶胶-凝胶法、微乳液法以及化学沉淀法三种工艺制备产品的PDI值、沉降时间、现象以及粒径分布情况,可以得出溶液凝胶法制备出的纳米二氧化硅粒子粒径分布集中,具有更好的均匀性和分散性,且粒子粒径在一定范围内可控,具有更好的应用价值。2、随着正硅酸乙酯（TEOS）浓度、氨水浓度、搅拌速度的增加,粒子粒径逐渐增大;随着反应温度、加料速度的增加,粒子粒径逐渐减小;随着水酯摩尔比的变大,粒子粒径先增加后减小。TEOS浓度、氨水浓度、水酯摩尔比及反应温度对粒子分散性影响不大,PDI值整体都偏低,粒子分散较均匀。而水酯摩尔比、搅拌速度及加料速度对粒子分散性影响较大,粒子均匀程度相差较大。在实验室的条件下也能较大量的制备出粒径可控,分散性较好的球型纳米二氧化硅粒子,使用200ml的正硅酸乙酯能产出110g纳米二氧化硅。3、分别使用3氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）、甲基三乙氧基硅烷（MTES）等对粒径为170nm的纳米二氧化硅粒子进行疏水改性,制备出具有纳米级结构的涂层。探索改性工艺条件,结果表明MTES改性效果最好,以玻璃片为基底,MTES的使用量为0.04mol,涂层数为4层,可获得接触角达152°的超疏水涂层,但涂层稳定性较差。4、利用简单的共混法和溶胶凝胶法将具有微米级粗糙结构的PTFE和具有纳米级粗糙结构的二氧化硅颗粒相结合,快速便捷的制备出具有微纳复合结构的纳米Si O2/PTFE超疏水复合涂层。当共混粒径为400nm的疏水改性粒子时,涂层的疏水角高达154.9°;采用溶胶凝胶法制备复合涂层时,涂膜4次,水含量为60ml,涂层的疏水角高达167.7°,且具有较好的耐磨性和稳定性。扫描电镜图中可以看到,通过该方法制备的涂层具有多个乳突,与荷叶表面的结构极为相似,具有超疏水性能。
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