提高超疏水性生物質(zhì)基材料穩(wěn)定性和耐久性的研究.pdf

1、超疏水表面是一類與水的接觸角大于150°且接觸角滯后小于10°的固體表面，其因在基礎(chǔ)研究和工業(yè)應(yīng)用方面具有重大的研究和實(shí)用價(jià)值而引起了科學(xué)界和工業(yè)界的極大興趣。通常情況下，超疏水表面可通過在疏水材料表面構(gòu)建一定尺寸的粗糙結(jié)構(gòu)或利用低表面能的物質(zhì)對粗糙表面進(jìn)行修飾而獲得。在本論文中，以生物質(zhì)材料為基底，不僅在其表面制備出超疏水層，而且有效提升了超疏水涂層的穩(wěn)定性和耐久性。
　　通過滴涂法將PVA/SiO2雜化復(fù)合材料的水溶液滴涂到木

2、質(zhì)基表面，干燥后再用OTS試劑進(jìn)行低表面能改性，最終得到具有較高的水接觸角(159°)和較低的接觸角滯后(～4°)的且機(jī)械強(qiáng)度較好的超疏水涂層。其原因主要?dú)w功于:PVA/SiO2雜化復(fù)合材料在木質(zhì)基表面花辨狀的結(jié)構(gòu)提供了制備超疏水涂層的粗糙度;OTS為表面提供了低表面能;SiO2作為一種固體塑化劑添加到聚合物PVA中，提高了PVA的機(jī)械強(qiáng)度，從而使得所制備的超疏水涂層有很好的機(jī)械強(qiáng)度。通過磨損實(shí)驗(yàn)測試，得出由PVA/SiO2雜化復(fù)合材料

3、所制備的超疏水木材在機(jī)械穩(wěn)定性方面有了很大的提升，從而使得超疏水木材在防水、自清潔、以及防污染等領(lǐng)域有了更大的潛在的應(yīng)用前景。
　　通過溶膠-凝膠法在棉纖維表面制備出適當(dāng)尺寸的SiO2粒子，再經(jīng)過OTS低表面能改性，制備出可用于油水分離且可重復(fù)使用的超疏水/超親油棉花。首先將棉花纖維用NaOH水溶液進(jìn)行預(yù)處理，之后通過溶膠-凝膠法在棉纖維表面“生長”一層致密的SiO2粒子，最后再將棉纖維進(jìn)行OTS低表面能改性。所制備的棉花可以選擇

4、性地吸收超過其自身體重50倍的多種油類和有機(jī)溶劑，同時(shí)還可以達(dá)到完全防水;所制備的超疏水/超親油棉花在水面上具有很好的浮力。在真空泵的幫助下，油水分離循環(huán)過程的吸油后的棉花可以對所吸的油很容易的解吸。所制備的超疏水/超親油棉花在經(jīng)過數(shù)十次的“吸油/解吸”過程后，其吸油量僅有微量的降低，即所制備的吸油棉有較好的重復(fù)使用性，這主要?dú)w因于通過溶膠-凝膠法所制備的SiO2粒子通過水解了的硅烷羥基與棉纖維表面的羥基，牢固地粘附在了棉纖維表面，且不

5、易脫落，在吸油棉再次重復(fù)使用后，其表面的微觀結(jié)構(gòu)不會有太大的變化，因此所制備的吸油棉有較好的重復(fù)使用性和保持較高的吸油量。從另一個(gè)角度說明了本實(shí)驗(yàn)所制備的超疏水/超親油棉花表面結(jié)構(gòu)的較高的穩(wěn)定性和耐久性。
　　通過溶液浸泡法，在木材、棉布和濾紙三種生物質(zhì)基表面構(gòu)建較穩(wěn)定的和耐久性較好的超疏水涂層。方法主要有三步:將木材、棉布和濾紙三種生物質(zhì)基基底浸泡在環(huán)氧樹脂溶液中，使其表面覆蓋一層環(huán)氧樹脂;再通過在接枝有氨基的二氧化硅液中浸泡，

6、使得二氧化硅上的氨基與環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，從而使二氧化硅粘附在環(huán)氧樹脂表面形成微/納二級結(jié)構(gòu);最后將基底進(jìn)行OTS疏水改性，得到了具有超疏水性的三種生物質(zhì)基材料。實(shí)驗(yàn)分別通過漏沙實(shí)驗(yàn)和水洗實(shí)驗(yàn)對這三種生物質(zhì)基超疏水表面的機(jī)械穩(wěn)定性和耐久性進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)環(huán)氧樹脂的濃度是影響本實(shí)驗(yàn)超疏水樣品表面微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐久性的關(guān)鍵因素。根據(jù)實(shí)驗(yàn)最終的結(jié)果分析可得，通過本實(shí)驗(yàn)所制備的三種超疏水生物質(zhì)基材料表面超疏水層的穩(wěn)定性和耐久性有了很大