超疏水木質(zhì)基表面的仿生合成及其性能研究.pdf

1、超疏水表面是一類(lèi)與水的接觸角大于150°而滾動(dòng)角小于10°的表面，其因在基礎(chǔ)研究和潛在的工業(yè)應(yīng)用方面具有重大的價(jià)值而引起了人們極大的興趣。一般來(lái)說(shuō)，超疏水表面可以通過(guò)在疏水材料表面構(gòu)建合適的粗糙度或利用特殊的低表面能物質(zhì)修飾粗糙表面而獲得。本論文中，我們報(bào)道了四種不同的超疏水木質(zhì)基表面，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　通過(guò)濕化學(xué)沉積過(guò)程在木質(zhì)基表面原位合成超疏水性氧化鋅涂層。樣品表面的超疏水性能通過(guò)接觸角(CA)測(cè)量值來(lái)表征，其微觀(guān)結(jié)構(gòu)和

2、化學(xué)組成通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)，X射線(xiàn)衍射儀(XRD)以及傅立葉紅外光譜儀(FT-IR)來(lái)分析。分析結(jié)果表明:微米尺寸粗糙度的片狀粒子規(guī)整有序地分布在木質(zhì)基表面上，由硬脂酸和表面氧化鋅粒子生成的疏水硬脂酸鋅單分子層吸附在了氧化鋅涂層表面，這個(gè)過(guò)程使得木質(zhì)基表面由原來(lái)的親水性轉(zhuǎn)變?yōu)榱顺杷?，其接觸角最高可達(dá)到153°，滾動(dòng)角小于5°。當(dāng)超疏水木質(zhì)基在60℃的溫度下放置一個(gè)月或浸泡在去離子水中一個(gè)星期，表面仍然維持超疏水性。

3、　　通過(guò)采用正硅酸乙酯的溶膠-凝膠過(guò)程和十三氟辛基三乙氧基硅烷(POTS)的低表面能處理得到了超疏水木質(zhì)基表面。木質(zhì)基表面二氧化硅粒子的結(jié)晶形態(tài)通過(guò)X-射線(xiàn)衍射儀表征;超疏水表面的微觀(guān)結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)，能譜分析儀(EDXA)觀(guān)測(cè);二氧化硅粒子跟POTS之間的鍵合力通過(guò)紅外光譜(FT-IR)分析;超疏水木質(zhì)基表面的疏水性能通過(guò)接觸角(CA)和滾動(dòng)角(SA)測(cè)量值來(lái)表征。分析結(jié)果表明:亞微米尺度的二氧化硅粒子（20

4、0-300 nm）規(guī)整有序地堆砌在了木質(zhì)基表面上，在二氧化硅粒子構(gòu)建高表面粗糙度和POTS修飾低表面能的共同作用下，木質(zhì)基表面由原來(lái)的親水性變成了超疏水性，其接觸角最高可達(dá)到161°，滾動(dòng)角小于2°。
　　通過(guò)堿性熱液反應(yīng)過(guò)程在木質(zhì)基表面原位合成球狀的α-FeOOH涂層，經(jīng)十八烷基三氯硅烷(OTS)表面修飾后，得到超疏水性的木質(zhì)基表面。超疏水涂層表面的微觀(guān)結(jié)構(gòu)，化學(xué)狀態(tài)和組成借助掃描電子顯微鏡(SEM)，X-射線(xiàn)衍射儀(XRD)，

5、傅里葉變換紅外光譜學(xué)(FT-IR)和能譜分析儀(EDXA)觀(guān)測(cè)。處理樣品的疏水性能通過(guò)測(cè)量接觸角(CA)和滾動(dòng)角(SA)的大小來(lái)表征。超疏水樣品的環(huán)境穩(wěn)定性和耐腐蝕性能也得以研究。研究結(jié)果表明:具有微納米結(jié)構(gòu)的球狀α-FeOOH涂層均勻一致地沉積在了木質(zhì)基表面，OTS分子跟α-FeOOH涂層發(fā)生了化學(xué)結(jié)合。超疏水樣品的接觸角最高可達(dá)158°，滾動(dòng)角大約4°。處理樣品放置在空氣環(huán)境中三個(gè)月，或于室溫條件下浸泡在PH=12的氫氧化鈉或PH=

6、2的鹽酸溶液中2小時(shí)仍維持超疏水性。
　　通過(guò)簡(jiǎn)單的滴涂法在木質(zhì)基表面合成了穩(wěn)定的超疏水性二氧化硅/聚苯乙烯復(fù)合涂層，該涂層的接觸角最高可達(dá)到153°，滾動(dòng)角小于5°。掃描電鏡(SEM)觀(guān)察表明復(fù)合涂層具有二維等級(jí)結(jié)構(gòu)的粗糙度，由微米尺度的乳突和亞微米尺度的顆粒組成。亞微米/微米等級(jí)結(jié)構(gòu)的粗糙度和低表面能PS的協(xié)同作用導(dǎo)致了涂層表面的超疏水性。超疏水木質(zhì)基表面的可濕性可以通過(guò)控制體系中改性二氧化硅粒予的含量來(lái)調(diào)節(jié)。樣品的穩(wěn)定性和耐