特殊润湿性光滑防污表面的功能化研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hxr906646527
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自“荷叶效应”被发现以来,人们对特殊润湿性防污材料的研究已经持续了半个世纪。与传统防污材料相比,特殊润湿性表面可作为一类无害环保的理想防污材料。此外,除了优异的防污性能外,特殊润湿性材料还在防腐蚀、防结冰、防生物粘附、防雾、油水分离和微流控等诸多领域均有广阔的应用前景。然而,在实际应用中,特殊润湿性材料的环境耐久性还有待改进,且对于某些设备的防污来说(如玻璃、触摸屏等),还需要这类材料具有高透明度。目前,人们已经开发出了四类特殊润湿性防污表面,其中超疏水表面、超亲水表面以及油注入型光滑表面所依赖的微-纳米级粗糙结构会严重影响材料的透光率,且粗糙结构容易由于机械性损坏而失效。此外,对于超亲水表面来说,如果没有水,油滴会浸入到粗糙表面的间隙中而被污染;油注入型光滑表面也会随着润滑液的流失而失去斥液性。然而,与以上三类特殊润湿性防污表面相比,利用共价接枝柔性聚合物链来提供斥液性的固态光滑斥液防污表面在实际应用中更具有优势,因为粗糙结构的避免使得这种表面更容易被设计透明而又耐久;此外,柔性聚合物链的共价连接方式避免了油注入型光滑表面润滑液容易流失的问题。本论文简单介绍了超疏水表面、超亲水表面、油注入型光滑表面和固态光滑斥液表面四种特殊润湿性防污表面的发展、制备方法及优劣性。在此基础上,设计制备出了两种易于大规模制备、成本低廉、综合性能优异的特殊润湿性光滑斥液防污涂层。本文主要研究内容如下:1.在常温下利用环氧树脂和单氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷(NH2-PDMS)制备出了一种涂料前驱体。然后,将前驱体刷涂到玻璃、金属、塑料等基底上,并在120℃热固化后得到一种高透光率(97.8%)、坚硬(铅笔硬度为3H)的光滑防污涂层。实验证明该涂层具有良好的防污、自清洁性;此外,利用不同表面张力系数的液滴在该涂层表面的滑动行为,研究了液滴的滑动机理。2.用一种设计思路同时实现了硬度、柔韧性、透明度和防污性之间的平衡,制备出了一种具有高透光率(98.8%)、高硬度(8H)而又柔韧的光滑防污涂层(TAHF涂层)。在该设计路线中,用甲醚化三聚氰胺甲醛树脂作为聚合物基质来提供硬度,六亚甲基二异氰酸酯三聚体作为交联剂提供韧性,用NH2-PDMS作为防污剂来提供防污性能。即使经过6个月的户外暴露、260小时的紫外线照射、1500次的磨损和2000次的弯曲循环测试,TAHF涂层仍具有优异的斥液性。此外,电化学阻抗谱表明,TAHF涂层比一种商业购买的高性能含氟防腐漆具有更加卓越的化学屏蔽性。这种设计路线平衡了在实际应用中至关重要的几种性能,且涂层制备简单,成本低廉,综合性能优异,这使得该涂层有望迅速商业化应用。
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