论文部分内容阅读
具有超疏水性能的材料表面在自清洁、流体输送减阻等领域具有潜在的应用价值,而实现超疏水性能的前提条件是表面具有低表面能和一定的粗糙度。氟硅具有低表面张力,并且SiO2纳米粒子具有优异的性能可用来构建粗糙结构。利用氟硅对SiO2纳米粒子进行改性,有望构筑微纳复合的粗糙结构并且引入低表面能的化学物质。涂层表面的润湿性能主要受其表面自由能和微观结构的影响,而不同结构烷氧基硅烷的引入,将使涂层表面含氟链段的空间排列发生变化,进而影响其疏水性能,因此要实现SiO2纳米涂层的表面结构与疏水性能调控具有较大难度。故本文通过溶胶-凝胶法(Sol-gel)对SiO2纳米粒子进行氟硅改性,并以此为研究对象,对其表面结构与疏水性能进行调控研究。主要获得的结果如下:1.通过Sol-gel法制备得到不同结构的改性SiO2纳米粒子,并探究不同条件对氟硅改性SiO2纳米涂层疏水性能的影响。(1)通过Sol-gel法对SiO2纳米粒子进行改性,制备得到不同化学结构和组成的甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、全氟辛基三乙氧基硅烷(G617)和MTMS-G617改性的SiO2纳米粒子,其具有较好的稳定性,最稳定的可达10月以上,并且粒子的粒径分散较窄,热稳定性能较好。(2)利用氟硅改性SiO2纳米粒子制备了疏水涂层,揭示了成膜条件、基材等条件与涂层疏水性能的相互关系。①随着含氟量的变化,不同基材的涂层表面疏水性能有所不同。基材为载玻片的涂层在含氟量wt(G617)=6%时,对水的接触角(WCA)达最大为137.1°而以铝板为基材的涂层在wt(G617)=8%时可达最大的WCA=138.6°。②不同方法制备的涂层对水的润湿性能差别较大,对于MTMS和MTMS-G617涂层,浸涂法和滴涂法比旋涂法制备的涂层对水的接触角明显提高,而旋涂法制备的G617涂层对水的接触角明显高于其它两种方法。③运用表面涂覆法可制备MTMS和MTMS-G617超疏水涂层,WCA分别为150.4°和150.2°,并且水的滞后角为6.1°和3.3°。2.考察了氟硅改性SiO2纳米涂层表面形貌、组成与其疏水性能之间的关系。(1)原子力显微镜(AFM)分析结果表明,经过无氟短链(MTMS)改性后的SiO2涂层表面呈突起结构,含氟长链(G617)改性后的涂层为孔洞结构,而MTMS-G617共改性的涂层则呈现突起和孔洞复合结构,并且粗糙度最大,Ra可达27.436 nm。通过改变含氟量,可制备得到的SiO2涂层具有突起、孔洞以及复合结构。(2)X射线光电子能谱(XPS)分析结果表明,随着含氟量的增加,G617改性SiO2涂层表面含氟链段的含量逐渐增加。(3)研究表明,G617-SiO2涂层表面的含氟元素并未大量富集,而MTMS-G617共改性涂层表面的氟元素却大量富集,说明短链MTMS的引入可对含氟链段的空间排列具有固定和保护作用,使涂层表面具有较好的表面润湿性能。3.本文利用氟硅改性SiO2纳米粒子成功制备得到超疏水棉织物(1)利用浸-轧-烘的方法,将MTMS和G617改性的SiO2纳米粒子用于棉织物疏水整理,通过考察焙烘温度、焙烘时间、浸轧浓度和不同含氟量等因素对织物表面疏水性能的影响,制备得到超疏水织物,其对水接触角高达156.4°。(2)对整理后的棉织物通过扫描电镜(SEM)和XPS进行表征分析,结果表明:利用MTMS-G617共改性的SiO2纳米粒子制备得到的超疏水棉织物具有较好的耐水洗牢度,其表面含有分散较均匀的SiO2纳米粒子,并且在织物表面有大量低表面能基团富集。