自清洁涂层制备工艺的研究与应用

来源 :西安建筑科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:caoshaohua2009
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自清洁涂层因在清洁、防水、防污、防雾等方面有其独到的优势,而被广泛应用在建筑、船舶、港口等设施表面的防护。通常来说,自清洁涂层可分为两种:一是超疏水涂层;一是超亲水涂层。两者都为功能性涂层,只是在表达效果方面存在差异。超疏水涂层其表面接触角大于150°,通过水滴在其表面滚落带走赃物实现自清洁;超亲水涂层其表面接触角小于10°,通过水滴在其表面形成液膜渗透到脏物下面实现自清洁。本文从制备工艺出发,采用不同方法制备超疏水/超亲水自清洁涂层。研究内容如下:(1)以二氧化硅片和聚二甲基硅氧烷(PDMS)为实验材料,采用浇筑/剥离工艺制备超疏水涂层。通过对不同材料基底浇筑/剥离前后表面润湿性的检测,首次发现无需化学处理或者额外添加化学试剂,仅通过浇筑/剥离工艺室温固化即可实现PDMS对二氧化硅基底的粘附。使用AFM、EDS、椭偏仪等仪器检测来证实PDMS粘附层的存在,并从微观角度对其粘附性机理进行分析解释。根据此结果,将具有微结构的二氧化硅基底与低能材料PDMS相结合制备超疏水涂层。(2)以PDMS和疏水型SiO2为基本原料,制备了可用于建筑墙体防护的自清洁涂层。将配制好的涂层喷涂在建筑墙体上,通过室温固化,便可形成具有自洁净效果的涂层。本文通过分析涂层材料与建筑墙体结合机制,说明涂层与墙体具有较强的粘附作用。鉴于涂层具备超疏水特性,附着在涂层表面的颗粒及液体污染物很容易通过水流清洗干净。此外,实验还表明:该涂层在五个月户外环境下,其自清洁效果无显著的变化。(3)与传统意义上电荷在电场驱动下积累在固-液和液-气界面而导致润湿性变化的电润湿现象不同,本文首次发现电荷在电场驱动下注入并积累在固体表面而导致润湿性变化的现象。以水性清漆和疏水型SiO2为实验材料,使用喷涂法制备超疏水涂层。通过外加电场、温度将超疏水涂层转换为超亲水涂层。又通过加热方式将其润湿性恢复至超疏水,从而实现超疏水、超亲水之间的可逆转换。通过SEM、KFM、EDS等仪器检测涂层验证涂层润湿性变化是由电荷的注入、堆积至涂层表面,形成表面电势从而影响涂层表面润湿性。同时还探究了通电电压、通电时间、加热温度对涂层表面润湿性的影响。结果表明:涂层表面润湿性变化是由电压、温度、时间3种因素共同影响、相应促进。
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