基于有机无机亲水材料的研制及其应用

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近年来,随着透明材料防雾性能要求的不断提高,使得关于防雾材料的研究受到广泛关注。当周围温度低于空气与水蒸气混合物的露点时,水蒸气凝结并转化为细小离散液滴时就会发生雾化,导致材料透光率下降。到目前为止,有两种较为有效的防雾策略来防止雾气的产生。第一种策略是更改某些环境参数,例如温度,相对湿度和周围的气流,以避免或消除水蒸气冷凝。第二种防雾策略是通过调节表面的润湿特性来改变水滴的形态,如表面的(超)亲疏水性。农用棚膜对我国农业生产起到了积极地促进作用,但内添加型防雾流滴剂因防雾流滴寿命短,难以保证功能与寿命同步。本论文以农用棚膜为基材,采用溶胶凝胶法将亲水性好的聚合物聚乙烯醇与无机二氧化硅杂化材料涂覆于其表面,制得亲水涂层,对其结构、形貌、润湿性及使用性能进行了研究。主要的研究内容及结论如下:
  分别选用Span-80、十六烷基苯磺酸钠(SDBS)、氟碳表面活性剂FA-6812、FN-6810以及全氟壬氧基苯磺酸钠(FBS)等不同类型的表面活性剂,添加到PVA/nano-SiO2亲水涂层中,采用浸渍提拉法涂覆在聚乙烯(PE)薄膜表面,测试了涂层润湿性能,通过调和平均法,计算得实验所用PE薄膜经电晕前后表面张力分别为33.6和47.2;表面张力、润湿性及涂膜结果表明氟碳表面活性剂能够有效降低杂化PVA/SiO2溶胶内的表面张力,涂膜效果最好,且溶胶稳定性与涂层防雾性能最佳。
  选用nano-SiO2对PVA改性,通过溶胶凝胶法制备了PVA/(nano-SiO2)杂化材料,分析了PVA/nano-SiO2杂化机理,讨论了杂化材料中硅溶胶的种类及含量对亲水防雾性能的影响。结果表明,当nano-SiO2与PVA质量比为0.8时,SiO2纳米颗粒均匀分散在PVA中,形成均匀的乳突状纳米结构,表面粗糙度对亲水性有放大作用,使接触角从99.5°减小到22.9°;含PVA/SiO2涂层的PE膜的透过率在90%以上,根据QB/T4475-2013标准,在60℃下的防雾时间超过一个月,且亲水涂层具有良好的机械性能,具有很大的实际生产价值。
  针对于金属钠离子对PVA/SiO2体系中胶体凝聚及其稳定性的影响进行了探究,通过在PVA/SiO2溶胶体系中加入不同含量的NaCl溶液,采用激光粒度仪、接触角测试仪、扫描电子显微镜分析了溶胶的粒径大小及分布范围,涂层表面的润湿性能与表面形貌,并表征了防雾性能。结果表明:随着Na+的加入,虽然降低了表面的接触角,但PVA/SiO2杂化溶胶的粒径有所增大,涂层表面出现团聚现象,表面结构被破坏,
  表面防雾性能变差。
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