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《山东轻工业学院》 2009年
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乳液法制备超疏水二氧化硅薄膜的研究

杨泰生  
【摘要】: 分析归纳了国内外近几年来超疏水材料制备与研究的最新进展,介绍了超疏水薄膜的基本理论、主要制备方法及应用前景,指出了制备超疏水涂膜存在的问题和发展方向。在此基础上,对乳液法的基本特点、基本理论、影响因素等作了详细介绍,对乳液法制备超疏水薄膜的理论依据予以讨论。 在本论文中,报道了一种简单方便的、新的超疏水表面的制备技术,并在玻璃基板上制得了的超疏水表面。利用乳液体系中分散相的不连续性作为模版制备了具有多孔的类蜂窝状结构的超疏水SiO2薄膜。结果表明,在薄膜干燥过程中得到多孔结构,并在热处理工艺中成功保留。薄膜经过辛基三甲氧基硅烷的气相修饰,薄膜由超亲水性转变为超疏水性,接触角达到156.3°。在此基础上,结合模版法和溶胶-凝胶法制备了微纳米结构的超疏水薄膜。首先以聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)乳液颗粒作为模版,以SiO2酸碱混合溶胶作为镀膜前驱体,制备了具有纳米孔网络和微米颗粒相结合的微纳米表面结构。经三甲基氯硅烷的气相修饰,薄膜接触角达163.5°,滚动角小于10°,具有较好的超疏水自清洁功能。再以乳液聚合法制备聚甲基丙烯酸甲酯微球结合SiO2水溶胶制备了具有微纳米区域相间的SiO2薄膜,经过疏水化处理,接触角达150.7°,滚动角大于10°。自行设计制备了气相修饰仪,并对气相修饰的工艺条件进行了系统的研究。 利用透射电子显微镜对溶胶和乳液中的胶体粒子进行表征,并辅以激光粒度仪对溶胶颗粒粒度分布进行表征。用原子力显微镜、扫描电子显微镜对薄膜表面形貌进行表征。利用傅立叶红外光谱对修饰前后的薄膜进行表征,讨论了疏水剂分子与薄膜的结合方式。 结果表明: (1)乳液法以及模版法与溶胶-凝胶法有机结合为超疏水薄膜材料的制备开辟了一条新途径。乳化剂的复配、HLB值、TEOS的添加量以及乳化温度等队乳液稳定性均有影响。 (2)微米结构的粗糙度是薄膜获得超疏水性能的主要因素之一,而纳米粗糙度在降低水珠的滚动角方面是决定性因素。微纳米结构相结合有利于薄膜表面对空气的包覆,降低薄膜表面的表面能,从而使薄膜具有较高的接触角。 (3)传统的薄膜疏水化处理工艺还不够成熟,大多经过疏水化处理的表面,其超疏水性能持久性差,原因是疏水剂分子主要以物理吸附方式存在薄膜表面,未能形成化学键结合。 (4)制备工艺对薄膜的机械强度有较大影响,以水包油乳液制备的多孔薄膜 以及以PTFE乳液、酸碱混合溶胶制备的薄膜机械强度较高,而以聚甲基丙烯酸甲酯微球为模版的薄膜机械强度明显不足。
【学位授予单位】:山东轻工业学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB383.2

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