聚合物超疏水涂层的制备及改性研究

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本文以高密度聚乙烯为基体原料,以载玻片为基底,采用溶剂-非溶剂法制备超疏水涂层,并以纳米二氧化钛颗粒和微米聚苯乙烯球为填充剂,对涂层进行改性,提高涂层的抗刮伤性和耐老化性,另外还对以铝合金和塑料为基底的涂层作了探索研究。通过接触角仪(CAM)、扫描电镜(SEM)、铅笔划痕硬度仪(PNHT)等方法,本文研究了不同非溶剂添加量、干燥温度、聚合物溶液浓度等工艺参数对高密度聚乙烯超疏水涂层微观形貌和疏水性能的影响,以及改性粒子对涂层疏水性能、力学性能、耐老化性的影响,并研究了不同的粒子分散方法对于克服团聚的作用。   研究结果表明:制备高密度聚乙烯超疏水涂层的最佳工艺条件为,聚乙烯浓度取14mg/ml,二甲苯和无水乙醇的体积比为15:1,室温下自然干燥;此时,膜与水的接触角为157°,滚动角为11°。微观形貌显示:涂层表面覆盖着聚乙烯瓣状单元,并由瓣状单元堆砌构筑出尺寸介于几微米到十几微米的孔洞,并且表面瓣状单元的堆积方向越倾向于竖立在表面、彼此倚叠构成的孔洞越深、孔洞的分布越密集,则接触角越高。适宜的聚合物浓度有利于形成这样的结构,浓度过大反而有不利影响。   在优化制备工艺的基础上分别采用纳米二氧化钛颗粒和微米聚苯乙烯球对涂层改性,结果表明,纳米二氧化钛更适宜作为对高密度聚乙烯超疏水涂层改性的填充剂。当纳米二氧化钛添加量为8%时,硬度为2B,接触角为153°,膜的硬度和耐老化性显著提高,同时保有较好的超疏水特性。当纳米二氧化钛添加量适宜时,表面的二氧化钛粒子多分布在瓣与瓣结合的部位,这样能够在增强瓣与瓣间的结合强度的同时,不致严重影响孔洞储存空气的能力,从而既能提高表面硬度又能保留超疏水性。使用微米聚苯乙烯球对聚合物涂层改性,聚苯乙烯球在表面的存在会干扰瓣状单元构建孔洞结构。   在相同的工艺条件下,不同基底上所制备的涂层疏水性能差异显著,这说明涂层的疏水性不仅与非溶剂量、干燥温度、聚合物浓度等制备条件有关,而且与基底的性质有重要关系。
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