溶胶-凝胶法超疏水含氟硅聚氨酯丙烯酸酯/SiO2杂化涂层的制备

以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为前驱体,在含氟硅聚氨酯丙烯酸酯(FSiPUA)复合乳液中采用溶胶-凝胶法制备了超疏水杂化涂层。考察了MTES/TEOS的摩尔比和FSiPUA复合乳液用量等对涂层表面粗糙度、疏水性、成膜性等表面性能的影响。通过扫描电镜和接触角仪表征了涂层的微观结构及疏水性,利用马尔文粒度分析仪和傅里叶红外光谱仪分析了二氧化硅(SiO2)的平均粒径和化学结构。结果表明,随着MTES/TEOS摩尔比增加,杂化涂层的表面粗糙度逐渐下降,疏水性先增大后减小;随着FSiPUA复合乳液用量增加,涂层的成膜性逐渐变好;当(TEOS+MTES)∶C2H5OH∶NH3·H2O∶AMP-95的摩尔比为1∶6.67∶1.83∶0.24,MTES/TEOS摩尔比值为5,FSiPUA复合乳液用量为20%时,涂层具有超疏水特性,其水接触角(WCA)和滚动角(SA)分别为161.5°和2.8°,涂层表面对水滴具有优异的不粘附性。     

PVDF/SiO2/PDMS涂层超疏水纺织品性能

目的 针对普通纺织品材料防水性和防污性较差的问题,制备具有自清洁功能的超疏水涂层纺织品,并研究其性能.方法 以涤纶织物为基材,通过非溶剂诱导相分离法,使用聚偏氟乙烯和疏水纳米二氧化硅复合液在纺织品表面构筑微纳粗糙结构,采用聚二甲基硅氧烷对其进行疏水化处理,获得自清洁超疏水涂层纺织品.采用扫描电子显微镜、X射线能量散射光谱和视频光学接触角测量仪等对其结构和性能进行表征,并通过机械摩擦、洗涤、酸/碱/盐溶液浸渍和紫外光照等方法对其表面超疏水稳定性进行考察.结果 当聚偏氟乙烯质量分数为2％,疏水纳米二氧化硅质量分数为0.4％,聚二甲基硅氧烷质量分数为1％时,制备的纺织品的表面接触角可达(162.2°±0.8°),滚动角达(2.0°±0.4°),具有优异的超疏水自清洁效应;经72 h酸/碱/盐溶液浸渍、196 h紫外光照、2500次摩擦和120次家庭水洗后,其表面接触角仍大于150°,表现出优异的超疏水稳定性.结论 采用简便的非溶剂相分离法制备的涂层纺织品具有优异的自清洁性能,并且其超疏水性能具有机械耐久性和化学稳定性,有望应用于纺织材料包装领域.     

疏水二氧化硅/聚苯乙烯超疏水复合涂层的简易制备及其防沾污性研究

采用喷枪及家用简易喷雾器在含有聚乙烯(PE)膜的纸张表面制备了含疏水二氧化硅纳米颗粒和聚苯乙烯的超疏水复合涂层。随着疏水二氧化硅纳米颗粒含量的增加,表面逐渐被二氧化硅颗粒覆盖,并且形成微纳米孔洞结构,达到超疏水性,并具有良好的耐粘附稳定性,水、牛奶和橙汁等液滴可从这些超疏水表面滚落而不残留,具有良好的防沾污能力。     

透明超疏水疏油涂层的制备及性能

以纳米SiO2和聚合物为原料,采用喷涂的方法,在不同基材的复杂工件表面形成均一涂层,并研究了SiO2含量对涂层性能的影响。结果表明,所得涂层与水接触角>150°,与油的接触角超过90°,具有超疏水性和疏油性。此外,涂层具有很好的透明性,涂层硬度高达6H,附着力达到5B。适当添加纳米SiO2,涂层的疏水性、疏油性以及透过率均得到增强。     

仿生超疏水二氧化硅/聚氨酯复合涂层的制备及性能

以纳米二氧化硅(SiO2)和不同有机硅含量改性的聚氨酯(PU)为原料,以乙酸乙酯为分散剂,采用简单的喷涂工艺,通过仿生的方法制备出与荷叶表面结构相似的SiO2/PU微-纳米复合涂层。用扫描电镜(SEM)对涂层表面进行了表征,研究了SiO2与PU的质量比以及有机硅含量对涂层表面结构及接触角的影响,并考察了涂层结构的稳定性,分析了涂层的形成机理和结构特点。结果表明,涂层表面具有与荷叶表面相似的微-纳米结构,SiO2与PU的质量比在4∶5至3∶5之间,有机硅质量分数大于15%时,涂层的水接触角为158°,滚动角为3°,具有超疏水特性,并且结构稳定,测试胶带剥离6次后,涂层仍具有超疏水特性。     

硅藻土/TiO2基超疏水涂层的制备及应用研究

以硅藻土和TiO₂为微纳米结构的构筑物，以聚二甲基硅氧烷为低表面能改性剂，采用喷涂法在多种基底表面制备超疏水涂层材料。该涂层具有优异的超疏水性能，水静态接触角高达161°,表面自清洁性能优异，且耐热温度可高达350℃。该超疏水涂层材料在纺织品自清洁、医用防水及工业防腐等领域具有一定的应用前景。     

复合SiO2粒子涂膜表面的超疏水性研究

采用溶胶-凝胶法制备不同粒径和形状的SiO2粒子,并利用氟硅氧烷的表面自组装功能制备了具有仿生类"荷叶效应"的超疏水涂膜.通过原子力显微镜、扫描电镜和水接触角的测试对膜结构及性能进行了表征,探讨了SiO2粒子的粒径和形状对材料微观结构,表面粗糙度和疏水性能的关系.结果表明,含单一粒径涂膜表面水接触角符合Wenzel模型;而复合粒子构成了符合Cassie模型的非均相界面,单纯的粗糙度因子不能反映水接触角的变化,复合粒子在膜表面的无规则排列赋予涂膜表面不同等级的粗糙度,使得水滴与涂膜表面接触时能够形成高的空气捕捉率和较小的粗糙度因子,这与在涂膜表面能形成自组装分子膜的氟硅氧烷共同作用赋予了涂膜超疏水性能.     

纳米SiO2@超支化PDMS复合超疏水涂层的制备与性能调控

超疏水涂层在实际应用中受化学腐蚀、刮擦磨损等外界环境的影响,易造成涂层老化、开裂甚至脱落,造成涂层失效。因此,针对这一问题,设计出具备耐候性的自修复超疏水表面：以超支化聚二甲基硅氧烷为柔性基底和低表面能物质,引入纳米二氧化硅构筑表面粗糙结构,制备超疏水涂层。当SiO₂粒径为50 nm、固含量为30wt%时,得到了接触角为154.87°的超疏水涂层。经过5次胶带剥离试验,涂层表现出良好的机械稳定性。经历10次温差循环试验和24 h紫外光照射后,涂层表面接触角仍大于150°,表明涂层具有良好的耐候性。涂层经过80℃、2 h的热处理可修复划痕,表明该涂层具有一定的自修复功能。同时,Tafel及Nyquist测试结果表明,对基底进行超疏水处理可显著提高防腐性能,并且该涂层具有明显的自清洁效果。综上所述,本文所制备的纳米SiO₂@超支化聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合超疏水涂层具有自修复功能,为自修复超疏水涂层的开发提供了新的研究策略。     

纳米CaCO3/TiO2复合粒子制备超疏水膜

采用溶胶-凝胶法,用γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲基氧硅烷和油酸修饰纳米CaCO3/TiO2复合粒子,制备具有类似荷叶表面形貌的超疏水涂层。结合扫描电镜、红外光谱、热重和示差扫描量热仪对复合粒子进行表征。结果表明,纳米TiO2粒子物理复合在纳米CaCO3表面,复合粒子经修饰后引入了疏水性的甲基,形成纳米复合双重粗糙结构,使所制备的涂层表现出优良的超疏水性能,其中接触角为162.1°,滚动角7°。     

纳米微结构涂层的制备及其超疏水性研究

通过简便的纳米粒子填充法制备超疏水表面,将SiO2纳米粒子与含氟丙烯酸酯聚合物按不同比例混溶制备出具有不同微结构的表面,并探讨了表面微结构对润湿性能的影响.接触角测试表明,随着SiO2纳米粒子含量的增加,涂层与水接触角逐渐增大,并且当SiO2与聚合物质量比＞1.2时发生突跃,显示出超疏水性质.采用X射线光电子能谱分析了涂层表面化学环境,通过扫描电子显微镜、原子力显微镜、孔结构分析等方法观察和分析了不同SiO2纳米粒子含量时涂层表面微结构.研究结果表明,涂层表面润湿特性的变化主要归因于其表面微结构的不同.并通过粗糙表面润湿理论的Wenzel模型和Cassie模型解释了表面微结构对润湿性的影响及接触角的突跃现象.     

CaCO3/SiO2复合粒子涂层的表面结构及其疏水性能研究

以机械高速搅拌法制备了具有草莓结构的CaCO₃/SiO₂复合粒子,并对其进行了表面修饰改性.利用聚硅氧烷的自组装功能,将制备的复合粒子与硅氧烷一起制备了具有“荷叶效应”的超疏水涂层,静态水接触角达169°,滚动角约为2°.通过扫描电镜观察涂层的表面微观形貌,发现该涂层具有微米-纳米相结合的双层粗糙结构.微米凸起的粒径在2～3μm左右,纳米凸起的粒径约为200nm左右,与荷叶具有类似的结构排布方式.通过原子力显微镜和接触角的测试,探讨了表面微观结构、涂层粗糙度和涂层疏水性能之间的关系.结果表明：复合粒子构成的非均相界面的水接触角符合Cassie模型.复合粒子赋予涂层的双微观粗糙结构与自组装成膜硅氧烷的低表面能的协同效应,使涂层具有了优良的超疏水性能.     

普鲁士蓝/氟化超支化聚氨酯复合涂层材料及其光热转换超疏水性能

首先制备氟化超支化聚氨酯(FHPU),然后与具有光热转化功能的普鲁士蓝(PB)纳米粒子复合,得到光热转换功能的PB/FHPU超疏水防结冰复合涂层材料。利用FTIR、TGA和DSC等测试分析了FHPU和PB/FHPU超疏水防结冰复合涂层材料的结构及性能,通过光热转换实验证明了复合涂层材料出色的光热性能;深入探究了PB纳米粒子的添加量对复合涂层材料表面性质和光热转化性能的影响。结果表明,当PB质量占FHPU的13%时,复合涂层材料可形成具有微纳结构的复合涂层,涂层表面最大接触角达157°,滚动角为1.8°。同时,该涂层在808 nm激光照射下10 s内温度可升高78.1℃,最高温度达到148.7℃。因而,光热转换功能性超疏水防结冰复合涂层材料具有良好的疏水、防结冰性能。      

碳纤维颗粒增强CeO2/PMMA/PVDF超疏水复合涂层及其耐磨性能

提高耐磨性能是推动仿生超疏水表面走向实际应用的关键挑战之一。设计了二氧化铈微米粒子增强PMMA/PVDF超疏水复合涂层配方,获得了水珠接触角达152°、水珠滚动角为5°的超疏水复合涂层。该涂层经过落砂磨损试验后接触角下降为103°、滚动角增大为20°。采用碳纤维颗粒对CeO2/PMMA/PVDF超疏水复合涂层进行增强,优化配方的接触角达153°、滚动角达到5°。经过相同落砂磨损试验后,增强后的复合涂层水珠接触角能在一定程度磨损后达到140°左右。可见,CeO2/PMMA/PVDF复合涂层具有良好的超疏水性能,碳纤维颗粒增强是提高该涂层耐磨性能的有效方法。     

纳米SiO2层层组装构建超疏水表面

采用500nm和20nm的SiO2粒子,通过表面改性使其分别具有氨基和环氧基,利用氨基和环氧基的反应使500nm和20nm的SiO2粒子形成复合粒子,制备了具有微纳米双尺寸粗糙度的超疏水表面。通过扫描电镜和接触角测量仪对超疏水表面的结构及性能进行了表征,发现其具有微纳米二级结构,测得其静态接触角达到156°,滚动角小于3°,并且能够承受240℃的高温而保持其超疏水性能,为超疏水表面的制备提供了一种新的方法。     

采用表面凝胶化技术制备超疏水性涂膜

采用表面凝胶化技术制备了超疏水性涂膜.在醇溶性氟化聚合物溶液中,在水量不足的酸性条件下,掺杂聚四氟乙烯(PTFE),得到了杂化复合溶胶.涂敷后,以表面凝胶化技术为手段,在涂层表面形成了微米和纳米相结合的阶层结构膜.TEM和XPS证实了凝胶化只在膜表面发生,SEM和AFM观察到膜表面的形貌与天然荷叶表面极其相似.该方法制备的涂膜对水的接触角高达155°,并具有良好的力学性能,可用于制备超疏水性功能化膜材料.     

SBR-SiO2超疏水涂层的制备与性能

利用羟基硅油(HSO)对白炭黑(SiO2)进行疏水改性,并用过氧化二异丙苯(DCP)对丁苯橡胶(SBR)胶浆进行适度交联,通过粒子填充法制备了超疏水SBR-SiO2涂层。研究了HSO、SiO2和DCP用量及交联条件对涂层成膜性能和润湿性能的影响,探讨了涂层热氧老化和紫外光老化过程中超疏水性能的变化。结果表明,当m(HSO)∶m(SiO2)=1∶1、HSO-SiO2用量为3.5g、DCP用量为0.25g、交联温度为155℃、交联时间为20min时,涂层成膜性能好,接触角为157.0°,且热氧老化和紫外光老化后仍保持较好的超疏水性。扫描电镜照片表明涂层具有微纳米多尺度粗糙结构。     

超疏水有机硅涂层的制备与性质研究

利用有机硅对单分散性SiO2纳米球疏水改性,通过浸涂提拉法和加热固化交联制得超疏水涂层。研究了单分散性纳米SiO2溶胶球尺寸大小和有机硅含量对接触角的影响。探讨了涂层在高温与酸碱盐条件下超疏水性能的变化。结果表明,当溶胶SiO2纳米球粒径增加到130 nm,无需继续添加气相SiO2纳米粒子含量就能达到微纳米结构,从而实现超疏水性。随着有机硅含量增加,其接触角会先增加到极大值(151°)而后会下降。此外涂层可耐450℃的高温,在不同的p H值溶液和盐溶液中可保持其超疏水性能。扫描电镜照片表明涂层具有微纳米二维尺度粗糙结构。     

羟基硅油改性SiO2制备复合粒子及超疏水涂层的制备与性能

利用羟基硅油的独特性质改性纳米SiO₂制备了一种具有纳米结构的弹性微米级复合SiO₂粒子，并用其与107硅橡胶复合制备出了超疏水涂层。探究了粒子用量对疏水性的影响。使用扫描电镜、接触角测量仪、傅里叶变换红外光谱仪和热失重分析仪对改性后的粒子和超疏水涂层进行表征。结果表明：羟基硅油改性后的粒子与硅橡胶涂料相容性极好，由于粒子表面的硅氧烷分子链能与硅橡胶分子链缠结，且拥有多级粗糙结构的粒子能与固化后的硅橡胶树脂产生机械咬合，因此超疏水涂层拥有良好的机械性能。在40%含量时综合性能最好，疏水角为154.6°,能在500g负载下(约5.4kPa压强),在1000目砂纸上磨损6m仍具有良好的超疏水性。     

超疏水低发射率PDMS改性环氧树脂/Al复合涂层的制备及性能表征

以片状Al粉为功能颜料，纳米SiO₂为微纳结构改性剂，聚二甲基硅氧烷(PDMS)改性环氧树脂(HYSZ)为黏合剂，采用简单的玻璃棒刮涂法制备了一种同时具有超疏水和低红外发射率性能的复合涂层。探讨了PDMS和HYSZ质量比、总填料添加量及片状Al粉和纳米SiO₂质量比对涂层性能的影响规律。结果表明：PDMS和HYSZ质量比对涂层附着力和疏水性能具有重要影响，当质量比为1∶9时，涂层具备良好的疏水性能，其附着力可达1级。总填料添加量对涂层性能影响明显，随着总填料添加量的增加，涂层发射率和光泽度可明显降低。当总填料添加量为50%时，涂层表面可产生明显的乳突状微纳粗糙结构，从而可明显提升涂层的疏水性能。片状Al粉和纳米SiO₂质量比会明显影响涂层的发射率和疏水性能，当质量比为5∶5时，涂层可具备良好的综合性能。此时涂层发射率可低至0.652,光泽度和附着力分别为2.7和1级，水接触角和滚动角分别为152°和8°。通过适当降低涂层表面能及在涂层表面构筑微纳粗糙结构可实现涂层超疏水、低发射率和高附着力的兼容。     

CaCO3/SiO2复合粒子涂层的表面结构及其疏水性能研究

以机械高速搅拌法制备了具有草莓结构的CaCO₃/SiO₂复合粒子,并对其进行了表面修饰改性.利用聚硅氧烷的自组装功能,将制备的复合粒子与硅氧烷一起制备了具有“荷叶效应”的超疏水涂层,静态水接触角达169°,滚动角约为2°.通过扫描电镜观察涂层的表面微观形貌,发现该涂层具有微米-纳米相结合的双层粗糙结构.微米凸起的粒径在2～3μm左右,纳米凸起的粒径约为200nm左右,与荷叶具有类似的结构排布方式.通过原子力显微镜和接触角的测试,探讨了表面微观结构、涂层粗糙度和涂层疏水性能之间的关系.结果表明：复合粒子构成的非均相界面的水接触角符合Cassie模型.复合粒子赋予涂层的双微观粗糙结构与自组装成膜硅氧烷的低表面能的协同效应,使涂层具有了优良的超疏水性能.