论文部分内容阅读
当固体表面与水接触角大于150°、滚动角小于10°时,我们称之为超疏水表面。由于超疏水表面在基础研究以及工业生产方面有着广泛的应用前景和研究价值,近些年来受到了研究者们的持续关注。通常来讲,要获得超疏水表面必须满足两点要求:一是材料表面在微观角度具有一定粗糙度;二是材料表面能比较低。本论文,以速生杨木为基材,在其表面制各超疏水涂层的同时,使其具有了一定的功能性。主要研究内容如下: 通过溶液浸渍法,将杨木基材依次浸渍于环氧树脂溶液、TiO2溶液以及十八烷基三氯硅烷溶液,干燥后获得了接触角为157°、滚动角小于5°的硅烷化TiO2/Epoxy改性杨木基材。分析发现,硅烷化TiO2/Epoxy改性杨木基材不仅具有超疏水特性,同时也有抗水溶液润胀的性能,并且在三个切面方向,其尺寸稳定性也有明显提升。这主要是因为:环氧树脂与TiO2粒子共同作用,在杨木基材表面构建了纳米尺度的微观粗糙结构;十八烷基三氯硅烷作为低表面能物质,修饰杨木基材后,降低了其表面能,使其表面呈现出超疏水性;另一方面,硅烷化TiO2/Epoxy改性杨木基材表面超疏水涂层均匀且稳定,在各个切面方向均起到防水作用,保证了尺寸稳定。本实验得到的超疏水杨木基材的润胀性以及尺寸稳定性相比未改性杨木基材均有了较大提升,在防水、防污、抗形变等领域有广阔的应用前景。 通过溶胶-凝胶法,首先制备TiO2包覆CaCO3微纳米复合粒子溶胶,随后将杨木基片浸渍其中,取出后待复合粒子在其表面干燥成膜后,用硬脂酸对其改性,最终得到超疏水(接触角为155°,滚动角小于4°)复合杨木基片。红外测试发现,复合粒子是通过物理吸附作用沉积在杨木基片表面,硬脂酸分子则通过羧基与羟基间的酯化反应接枝在复合粒子表面,最终构成了复合杨木基片表面的超疏水涂层。热重分析发现,超疏水涂层在复合杨木基片中所占比重较少,约为4.4%。对复合杨木基片化学稳定性以及耐久性分析发现,无论是常温常压、紫外光照射、酸碱等腐蚀性环境,还是不同温度及湿度环境,均可表现出超疏水稳定性以及耐久性。原因在于,复合粒子中的TiO2与CaCO3独自或者协同作用,从而抵抗环境变化。由于得到的复合杨木基片良好的化学稳定性以及耐久性,故可以被应用于不同化学环境中,来实现表面自清洁、流体输送、防水抗污等功能,使其具有广泛的市场使用空间。 通过溶胶-凝胶法制得250 nm粒径的SiO2粒子后,使用溶液浸渍法,将SiO2粒子沉积在杨木基材表面,随后用滴涂法在其表面附着PCL10000高分子物质,即可得到具有热响应性的智能可逆润湿性杨木基材。实验发现,当PCL10000改性杨木基材放置于常温环境,其表面显示为超疏水性,接触角为156°;而当其放置于高温环境(60℃),其表面转变为亲水性,接触角为85°;且当其表面温度恢复常温后,它的超疏水性也得到恢复,从而实现PCL10000改性杨木基材表面的可逆润湿。PCL10000改性杨木基材具有可逆润湿性是因为,PCL10000分子在不同温度下会有不同的取向分布,常温下其疏水基团暴露在外侧,而高温下其亲水基团则暴露在外侧。同时发现,不同材料的不同表面,需要在其上附着不同粒径的SiO2粒子才可实现超疏水与亲水的可逆润湿性转变,这就扩大了基材的选择性,为工业化生产提供了可靠保障,预示了可逆润湿性表面的广阔应用前景。