不含氟透明耐磨超疏水表面的制备及性能研究

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通过多种方法制备的超疏水表面在各个领域表现出广泛的应用前景,特别是应用在光学器件表面的高透明超疏水涂层和油水分离方面的多功能超疏水海绵。但是由于涂层透明度低,耐久性差,基材依赖性和高成本等的限制,人工制备的仿生超疏水涂层的大规模应用仍然有限。在油水分离方面,超疏水海绵具有相对单一的功能,这限制了油水分离海绵在生产和生活中的应用范围。本论文尝试采用简单的方法解决以上问题,主要包括以下两个方面的内容:1、高透明度,优异的耐久性和简单的制备工艺是超疏水表面实际应用的三个主要因素。在此,我们制备了由疏水性SiO2纳米颗粒(约10 nm)和不含氟的树脂组成的超疏水(SH)悬浮液。使用所制备的超疏水悬浮液通过简单的喷涂方法制造具有高透明度和耐久性的超疏水表面。实验中发现表面的微观形貌,水接触角(WCA)和涂层的透过率很大程度上取决于树脂与纳米颗粒的比例。最佳涂层的静态WCA为160°,滑动角(SA)小于3°,接触角滞后(CAH)小于8°。涂层玻璃在可见光范围(400-800 nm)内的平均透过率达到91.03%。同时,制备的涂层表面具有高的抗刺穿性和优异的柔韧性(弯曲半径为3.0 mm)。简单的喷涂工艺和室温固化条件使涂料可大规模应用于各种基材的表面。此外,涂层可以排斥各种混合液体并具有良好的防污能力。这种快速构造的涂层没有复杂的改性和反应,可为制造大面积、坚固、透明超疏水和自清洁表面提供潜在的应用。2、开发具有超疏水性、磁响应性、阻燃性和光热辅助高效吸附高粘度油的新型多功能吸附海绵,可应用于多种特殊环境,揭示了其在油水分离方面的广泛应用前景。在这项工作中,使用具有光热效应和磁性的Fe3O4纳米颗粒来实现太阳能辅助高粘度油的高效吸附和受控的磁驱动吸附和回收。使用阻燃性优异的三聚氰胺(MF)海绵作为骨架,Fe3O4/PDMS涂层成功地将超亲水MF海绵改性为超疏水(WCA=158°)和超亲油(OCA=0°)海绵,并具有优异的阻燃性。由于低密度,高孔隙率,化学和机械稳定性,制备的超疏水海绵表现出优异的油和有机溶剂吸附性能和可重复使用性。由于Fe3O4/PDMS@MF海绵具有优异的光热性能,太阳能辅助快速加热海绵,从而降低了高粘度油的粘度,使高粘度油得到高效吸收。同时,Fe3O4/PDMS@MF海绵可以通过远程磁场控制进入特殊油污区进行油吸附和回收。这种具有高粘度油的高效吸附性、磁力驱动性和阻燃性的超疏水多功能海绵,具有广泛的应用前景。
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