乳液法仿生超疏水SiO2薄膜的制備及性能研究.pdf

1、受“荷葉效應(yīng)”的啟發(fā)，人們對(duì)超疏水表面的研究興趣也日益濃厚。仿荷葉表面結(jié)構(gòu)超疏水材料在防雪，防霧，涂料，防水衣物，管道運(yùn)輸和微注射器等方面具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。本論文介紹了超疏水材料相關(guān)理論及自然界的超疏水現(xiàn)象，總結(jié)了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外有關(guān)超疏水材料的制備方法，指出了當(dāng)前超疏水研究領(lǐng)域存在的問(wèn)題及應(yīng)用前景。介紹了乳狀液的分類(lèi)，制備及應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上引申出本論文的立題思想。
　　 超疏水表面可以通過(guò)兩種途徑獲得：一是在具有微納米級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)

2、的粗糙固體表面修飾低表面能物質(zhì)；二是在低表面能材料表面構(gòu)建微納米級(jí)復(fù)合的粗糙結(jié)構(gòu)。其中，微納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法是超疏水材料制備的關(guān)鍵所在。本論文從構(gòu)建微納米結(jié)構(gòu)入手，通過(guò)在不同的基質(zhì)材料表面構(gòu)建類(lèi)似荷葉表面的微納米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)來(lái)制備超疏水表面。
　　 利用聚合物乳液體系中不連續(xù)的分散相為模板，通過(guò)二氧化硅溶膠粒子在乳膠粒表面的聚集和在水相中的分散制備了具有蜂窩樣結(jié)構(gòu)氧化硅薄膜。結(jié)果表明：薄膜經(jīng)熱處理后獲得了多孔的結(jié)構(gòu)。薄膜經(jīng)三甲基氯

3、硅烷液相修飾，表面能降低，由一個(gè)超親水的狀態(tài)轉(zhuǎn)化為超疏水的狀態(tài)，薄膜/水接觸角達(dá)到157.3°。此外，薄膜/水滾動(dòng)角為4.1°，具有和荷葉相似的自清潔性能。聚合時(shí)的單體加入量和硅溶膠/聚苯乙烯（PS）的體積比均對(duì)薄膜的表面粗糙度產(chǎn)生影響，薄膜表面粗糙度的變化可以反映薄膜接觸角的變化，并且具有較大粗糙度的疏水表面與水具有較高的接觸角。薄膜的耐氣候變化研究結(jié)果顯示：室內(nèi)放置的薄膜在150天時(shí)仍具有超疏水性能，室外放置的薄膜由于惡劣的氣候條件

4、，超疏水性能僅能維持40天。
　　 采用聚乙烯醇（PVA）為相分離劑，利用氧化硅水溶膠制備了具有荊棘樣結(jié)構(gòu)的氧化硅薄膜。薄膜經(jīng)低表面能物質(zhì)液相修飾獲得超疏水性，薄膜/水接觸角和滾動(dòng)角分別為151.2°和5.2°，具有類(lèi)似于荷葉的自清潔性能。結(jié)果表明：PVA的分子量和添加量均對(duì)薄膜的表面形貌產(chǎn)生影響，通過(guò)改變相分離劑PVA的分子量和添加量可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜表面形貌的控制。
　　 采用PS乳液和聚四氟乙烯（PTFE）乳液混合一步

5、法制備了超疏水PTFE薄膜，具有粗糙結(jié)構(gòu)的薄膜與水的接觸角高達(dá)160.7°，并且水珠極易從薄膜表面滾落（滾動(dòng)角為6.8°）。結(jié)果表明：薄膜的表面形貌隨著PS/PTFE乳液體積比的改變而改變，當(dāng)PS/PTFE乳液體積比為0.5時(shí)，PS乳液具有模板劑的功能，薄膜具有“蛛網(wǎng)”樣的結(jié)構(gòu)。薄膜的耐候性研究結(jié)果表明：薄膜在室內(nèi)放置40天后仍具有超疏水自清潔性能，室外放置的薄膜，10天后就失去超疏水性能。
　　 以二氧化硅水溶膠為水相，環(huán)己烷

6、為油相，采用十二烷基硫酸鈉（SDS）和十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）復(fù)配體系為表面活性劑制備了穩(wěn)定的油包水（W/O）型乳液。通過(guò)乳液法制備了具有花樣結(jié)構(gòu)的疏水薄膜。花樣結(jié)構(gòu)是一個(gè)微米納米相結(jié)合的分級(jí)結(jié)構(gòu)，它在薄膜表面隨機(jī)分布并呈現(xiàn)出不同姿態(tài)。由于花樣結(jié)構(gòu)在薄膜表面富集程度不夠，薄膜/水接觸角僅為121°，不能滿(mǎn)足超疏水的要求。
　　 本論文的研究結(jié)果表明：采用不同的途徑制備超疏水薄膜，實(shí)驗(yàn)中的各項(xiàng)參數(shù)均對(duì)薄膜的表面微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生