改性蒙脱土基超疏水涂层的制备及其性能研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yxl122702985
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超疏水涂层因其特殊的润湿行为,在自清洁、防覆冰、油水分离等领域具有巨大的应用前景。由于工艺简单、对基体具有普适性,有机无机复合法成为制备超疏水涂层最常用的方法。但该方法主要利用纳米填料构筑微纳米粗糙结构,纳米填料价格昂贵,使用量大,造成制备成本高,且纳米填料分散后易团聚沉降的问题从而导致涂料的分散稳定性差;同时涂层表面的粗糙结构容易被破坏,耐机械磨损性能差,使用寿命短。这些问题制约着超疏水涂层由理论研究走向实际应用。本论文采用有机无机复合法以二氧化硅等纳米粉体和改性蒙脱土共同构筑超疏水涂层所需的微纳米粗糙结构,以氟碳树脂为低表面能的有机组分,通过简单的旋涂工艺在基体表面制备了静态接触角(Contact Angle,简称CA)大于150°、滚动角(Slide Angle,简称SA)小于10°的复合超疏水涂层。改性蒙脱土的加入可以大大减少纳米粉体的用量,同时借助改性蒙脱土在有机组分中良好的分散作用,可以减缓二氧化硅等纳米粉体团聚沉降。此外,其独特的片层结构可以增强与有机树脂和基体的界面作用,改善涂层的机械稳定性。通过加入具有光催化活性的氧化锌、氧化钛、K0.3WO3/Ag2O纳米粉体与蒙脱土共同作为填料制备出超疏水光催化涂层,借助水的排斥作用带走灰尘等污染物,同时可以光催化降解有机物。本论文的研究内容及结果包括以下方面:(1)研究了p H值、改性剂用量和种类对蒙脱土改性效果的影响,发现当p H为12、改性剂用量为1.5倍蒙脱土阳离子交换容量,改性剂选为十八烷基三甲基溴化铵(STAB)时,蒙脱土改性效果最佳,层间距从1.505nm增大至2.568nm。并且蒙脱土的层间距越大,其在有机物中的分散稳定性越好,涂层的耐机械磨损性越好。(2)研究了二氧化硅和改性蒙脱土的质量配比对涂料的分散稳定性、涂层疏水性、耐机械磨损性能的影响,发现在粉体总掺量为12wt%不变的基础上,改性蒙脱土的存在可以阻止纳米二氧化硅团聚沉积,且二氧化硅与改性蒙脱土的质量比由0:12增大到12:0时,二氧化硅增多,微米乳突上的纳米结构增多,可以增加涂层的粗糙度,涂层的疏水性变好,质量比最小为4:8时,涂层的CA值为157.2°,SA值为4.3°,为超疏水状态。而改性蒙脱土的减少使涂层的硬度和耐机械磨损性能变差。(3)研究了氧化锌和改性蒙脱土的质量比对涂层疏水性的影响,发现在粉体总掺量为14wt%不变的基础上,氧化锌和改性蒙脱土的质量比在0:14~7:7范围内,制备的复合超疏水光催化涂层具有超疏水型和光催化型双重自清洁功能。当氧化锌、氧化钛、K0.3WO3/Ag2O和改性蒙脱土按质量比3:11所制的涂层在5个小时紫外光照射下对罗丹明B的降解率分别为33.38%、41.49%、50.45%,且K0.3WO3/Ag2O与蒙脱土所制的复合涂层在可见光照射25min后降解率达74.42%。
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