溶胶-凝胶法制备透明超疏水性SiO2涂层

用溶胶-凝胶法制备出粒径分别为50nm、180nm的SiO2胶粒,用硅烷偶联荆对这2种胶粒进行表面修饰,使胶粒表面分别带有氨基与环氧基官能团.通过控制工艺,使表面带有不同官能团的SiO2胶粒组装,获得具有两种胶粒复合结构的胶体.采用浸渍提拉法镀膜,并用氟硅烷对涂层进行表面修饰,制备出透明超疏水性涂层.采用扫描电镜、透射电镜、紫外可见分光光度计和接触角测量仪等对涂层进行表征.结果表明,水滴在涂层上的平均接触角达到160°,滚动角接近0°,同时涂层的透光性超过80%.     

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°。     

碱式硫酸镁晶须复合SiO2纳米粒子制备高/低黏附性超疏水涂层

超疏水材料因性能独特,应用前景广阔而被广泛关注。本文采用碱式硫酸镁晶须(MOSWs)与二氧化硅纳米粒子制备超疏水涂层,首先对MOSWs及50 nm、500 nm SiO₂进行表面改性以降低表面能,然后基于混料实验将三者按比例混合以构造表面粗糙度,以接触角、滚动角及平均粗糙度R_a为响应变量建立回归模型,分析了混合分量的形貌、尺寸与混合比例对响应变量的影响,并探讨了超疏水涂层微观结构对水滴黏附性的影响以及粗糙度与超疏水性能之间的关系。结果表明：MOSWs复合SiO₂纳米粒子可制备具有不同黏附性的超疏水涂层,单独使用MOSWs可制备高黏附性超疏水涂层,其接触角达152.59°,涂层水平倒置水滴不滴落;而MOSWs与50 nm SiO₂以相同质量分数混合,可制备低黏附性超疏水涂层,其接触角达163.25°,滚动角可趋近0°。所制备涂层的平均粗糙度R_a值位于5～10μm之间时,接触角较大,滚动角较小,超疏水性能较佳。     

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.     

PTFE/epoxy全有机超疏水涂层制备EI北大核心CSCD

采用纳米粒子构筑微-纳粗糙结构制备的超疏水涂层一般存在抗水流冲击能力差的缺点,极大限制了其户外应用前景。利用环氧树脂和聚四氟乙烯(PTFE)纳米粒子,通过喷涂和模压两种工艺分别制备低声阻系数的全有机超疏水涂层,基于水流冲击破坏机理设计实验分析涂层的抗水流冲击性能,并与商用超疏水涂层对比。结果表明:PTFE粒子为70%(质量分数,下同)时,其疏水性能最佳,静态接触角为164.13°,滚动角为3°;PTFE粒子为75%时,其抗水流冲击性能最佳,在被速度为22.77 m/s的水流冲击后接触角仍达到154.62°;与喷涂法相比,模压法能进一步提高涂层的抗水冲击性能。本研究所制备的全有机超疏水涂层同时还具有良好的附着性能和耐磨性能,在进行25次黏附剥离实验后涂层表面接触角为150.51°,滚动角为4°,在进行20次磨损实验后涂层表面接触角为149.21°,滚动角为9°。     

PTFE/epoxy全有机超疏水涂层制备

采用纳米粒子构筑微-纳粗糙结构制备的超疏水涂层一般存在抗水流冲击能力差的缺点,极大限制了其户外应用前景。利用环氧树脂和聚四氟乙烯(PTFE)纳米粒子,通过喷涂和模压两种工艺分别制备低声阻系数的全有机超疏水涂层,基于水流冲击破坏机理设计实验分析涂层的抗水流冲击性能,并与商用超疏水涂层对比。结果表明:PTFE粒子为70%(质量分数,下同)时,其疏水性能最佳,静态接触角为164.13°,滚动角为3°;PTFE粒子为75%时,其抗水流冲击性能最佳,在被速度为22.77 m/s的水流冲击后接触角仍达到154.62°;与喷涂法相比,模压法能进一步提高涂层的抗水冲击性能。本研究所制备的全有机超疏水涂层同时还具有良好的附着性能和耐磨性能,在进行25次黏附剥离实验后涂层表面接触角为150.51°,滚动角为4°,在进行20次磨损实验后涂层表面接触角为149.21°,滚动角为9°。     

聚合物/疏水性SiO2超疏水复合涂层的制备及表征

使用低密度聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和疏水性SiO2为原料,通过简单的共混涂膜方法在玻璃基底上制得了具有超疏水性能的聚乙烯/疏水性SiO2和聚甲基丙烯酸甲酯/疏水性SiO2复合涂层;用接触角测量仪、扫描电子显微镜、X-射线光电子能谱仪等分析手段对涂层的润湿性能、微观结构以及表面化学成分等进行了表征。结果表明,所制备的两种聚合物/疏水性SiO2复合涂层的静态水接触角都超过150°,滚动角低至3.0°。聚合物和疏水性SiO2共混涂膜后形成了类似于荷叶的微纳米二元结构,是其表面具有优异超疏水性能的主要原因。     

纯钛基体长效超疏水表面的低成本制备

为降低钛基上超疏水表面的制备成本,提高超疏水表面的耐久性能,以喷砂-阳极氧化法在纯钛基体上构造微纳复合粗糙结构,并使用商用氟碳罩光漆直接对其进行修饰获得超疏水性表面。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR),场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和接触角测试等技术对超疏水性表面的化学组成、表面形貌、润湿性和表面耐久性进行了研究。结果表明:喷砂处理在钛基表面构筑微米级凹坑,阳极氧化通过形成网状氧化膜在钛基表面构造纳米级结构,氟碳罩光漆修饰该微纳复合粗糙表面后,为表面引入大量含氟基团,使其获得超疏水性能。超疏水性表面与纯水的静态接触角达162°±2.3°,滚动角为2.1°±0.2°,具有优异的环境耐久性。     

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.     

疏水/超疏水船用铝合金表面制备及其耐久性

采用溶胶-凝胶法将SiO2纳米粒子涂覆在抛光和经激光刻蚀的船用铝合金表面,制备疏水/超疏水铝合金表面。利用使试样负载并在砂纸上摩擦滑行的方法测试疏水/超疏水表面的耐久性,结果表明:抛光表面的接触角随SiO2浓度的增高而增大,最大可达150.8°,但表面对水滴具有强黏附力。当摩擦滑行距离达到10m时,接触角小于铝合金表面原始接触角72.3°;激光刻蚀的网格和点阵微结构表面既具有超疏水特性又呈现出低黏附力;且网格表面的接触角更大,最大达155.4°,滚动角更小,最小仅为0.34°。当摩擦滑行距离达到10m时,表面依然疏水,且网格微结构的耐久性更强。     

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。     

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。     

MWCNTs改性复合超疏水涂层及其耐化学性能

以低表面能聚甲基苯基硅氧烷共聚改性的环氧树脂为基体,纳米SiO2和多壁碳纳米管(MWCNTs)为填料,制备了具有耐化学介质特性的复合超疏水涂层。研究表明,有机硅共聚改性环氧树脂基体接触角为101°,具有良好的附着力和较高的硬度;复合涂层具有明显的类荷叶表面微-纳米二级结构;当MWCNTs的含量为3wt%时,涂层的接触角可达154°,滚动角为5°;在80℃下,2500ppm的含硼水溶液中浸泡15h后,未经MWCNTs改性涂层的接触角降至143°,失去了超疏水性能,50h后,降至98°,基本失去了疏水性。经MWCNTs改性后的EPPM3涂层,浸泡15h后,仍保留完好的二级微-纳米结构,接触角仍高达151°;浸泡50h后,接触角降至132°,仍具有较高的疏水性。     

自清洁聚氯乙烯型材的制备与性能

用硅丙乳液与纳米SiO2粒子在聚氯乙烯(PVC)型材表面制备了仿生自清洁涂层,采用扫描电镜、接触角表征了其低表面能、微-纳米粗糙结构。研究发现,当纳米SiO2含量为1.00%时,PVC型材表面涂层的接触角为151°,构成了超疏水表面。经集灰和耐玷污性实验发现,水滴能将面涂涂层的PVC型材表面的炭黑带走,涂层具有防污自清洁性能。耐候性研究表明,面涂涂层的PVC型材在老化10 d后,其总色差ΔE变化为8.61,具有优异的抗紫外老化性能,而没有涂层的PVC型材总色差变化为30.67,延长了户外PVC建筑型材的使用寿命。     

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。     

聚丙烯超疏水纤维膜的制备及其在油水分离中的应用

利用磁控溅射法在聚丙烯(PP)纤维膜上溅射SiO2纳米粒子,制备超疏水超亲油纤维膜,用于油水分离领域中。在PP纤维膜上溅射SiO2纳米粒子增加表面粗糙度,降低表面能达到超疏水的效果。通过调节溅射功率,改变疏水效果,当溅射功率为100W时,纤维膜的疏水性能最好,对水的接触角高达162.8±2.1°,对油的接触角为0°。更重要的是,PP-SiO2纤维膜在油水分离过程中仅仅依靠重力驱动,能够使油和水快速分离并且重复使用10次之后依然保持超疏水性,分离效率保持在90%左右,这将在工业油污和海洋溢油处理中,提供了新的材料。     

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。     

表面形貌对润湿性及抗附着性能的影响

为研究表面形貌对表面润湿性和抗附着性能的影响,采用激光刻蚀技术制备点阵微结构和仿生贝壳表面网格微结构,将SiO2纳米粒子涂覆在微结构上制备微纳结构。研究表明,Ti6Al4V合金表面经激光刻蚀后由亲水变为超亲水状态。经低表面能修饰后,点阵微结构表面符合Wenzel模式的疏水状态,而网格微结构表面符合Wenzel模式的超疏水状态。在点阵和网格微结构上涂覆SiO2形成微纳结构表面均符合Cassie模式的超疏水状态,且网格结构表面的接触角更大,滚动角更小。浅海挂板实验显示,微生物粘膜附着量由多至少的顺序为:超亲水状态的点阵微结构表面亲水的抛光表面超亲水状态的仿生网格微结构表面符合Cassie模式的超疏水表面。     

铝基表面超疏水材料的制备工艺、效果及耐蚀性

超疏水表面在自清洁材料、腐蚀防护及微流体运输等领域有着广阔的应用前景,目前对金属超疏水表面的研究较少,且制备方法较复杂,不能大面积制备。分别采用喷砂、阳极氧化、喷砂-阳极氧化等方法在铝基体表面构造粗糙结构并对其进行修饰,制备了超疏水表面,通过SEM、接触角及滚动角测定、腐蚀速率测定等分析了超疏水表面的微观形貌、疏水性能和耐海水腐蚀性能。结果表明:喷砂-阳极氧化法制备的铝金属表面具有微米-纳米二级结构,经氟化处理后,与水的接触角达158°,滚动角为1.5°,疏水性能良好;超疏水表面材料的腐蚀速率比铝材低1个数量级。     

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.