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超疏水二氧化硅溶胶的制备及性能应用研究

李晓霞  
【摘要】:大自然中的“超疏水现象”给予人们无限想象的空间。超疏水表面材料是近年来科研人员非常感兴趣的研究的课题之一。含纳米二氧化硅的涂料具有低容重、高的热机械稳定性、低的导热系数和高的表面粗糙度等特点;但是,单纯的二氧化硅溶胶涂层固化温度高,耐磨性能差;氟是电负性最强的元素之一,具有最高的电离势,氟基功能单体在硅溶胶中的掺入可显著提高涂层的表面性能。本文首先利用溶胶凝胶法制备了二氧化硅溶胶,然后引入含氟硅烷和KH560,制备了超疏水二氧化硅溶胶,并对其制备条件及性能进行了一系列详细的研究,具体工作和结果如下:1.以正硅酸乙酯(TEOS)为主要原料,采用溶胶凝胶法制备了二氧化硅溶胶,研究了反应物浓度、反应温度、反应时间等条件对二氧化硅溶胶粒径、性能等的影响。最佳制备条件是:TEOS浓度为0.5 mol/L,氨水浓度为0.8 moI/L时,25℃下反应4 h、静置陈化12 h,制备得到的二氧化硅溶胶性能稳定,粒径约为100 nm。2.研究了含氟硅烷、KH560的稀释比和添加量对溶胶及其涂层性能的影响。实验结果表明:当二氧化硅溶胶:含氟硅烷:KH560=3:1:1(体积比),含氟硅烷稀释比为6%,KH560稀释比为1%,25℃超声分散2h,制备的改性二氧化硅溶胶(样品F0.06)性能最稳定,玻璃涂膜接触角大于150°。3.利用FT-IR、EDS、TEM、XRD、SEM、Zeta电位仪等仪器设备研究了溶胶及改性溶胶的组成、结构、稳定性以及涂层的外貌特征。4.研究了改性溶胶在玻璃、织物表面涂层的性能,包括涂层制备方法、条件以及涂层的疏水性能、自清洁性能、耐酸碱性、机械性能等。1)利用旋转匀胶机将上述制备的改性二氧化硅溶胶均匀旋涂在干净的玻璃片上,在100℃下热固5 min;涂层接触角大于150°,滚动角小于10°,透光率最高可达95%,附着力为0级;涂层使用3M胶带剥离5次后,接触角降至130°左右,仍然具有一定的疏水性能;2)样品F0.06用无水乙醇或乙酸乙酯按质量比1:(125-250)稀释,将裁剪的布料浸泡其中30 s,挤压去掉多余液体,在100℃烘干3 min,布料处理后的接触角测试结果:纯涤、纯棉及涤棉三种织物的接触角均大于150°,腈纶的接触角为147.4°。SEM图像显示,布料经过改性溶胶整理后,纤维表面形成了纳米颗粒状涂层,赋予了织物超疏水性能。由于时间原因,影响整理后织物布料的耐洗性因素没有进一步研究。


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