低粘附超疏水表面涂层的制备及其性能研究

摘要

润湿性是固体表面的重要性质之一,也是自然界中最为常见的界面现象之一,超疏水表面由于其特殊的表面润湿性能,在防水、防污、防霜、防冻、耐酸、耐碱、液体传输、光学反射等众多领域都具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。
　　材料表面的润湿性能主要取决于两个因素,即物质本身的表面自由能和物质表面的几何形貌,据此研究人员通过两种途径制备超疏水表面,一是在低表面能物质表面构建粗糙结构;二是在已经得到的粗糙表面上修饰低表面能物质。然而,目前绝大多数制备方法都存在着难以规模化生产、制备工艺复杂、成本高昂、使用寿命短等问题,极大地限制了低粘附超疏水表面的实际应用。
　　本论文通过对纸包装用水性上光油的改性,开发一种易于实现、能够应用于大规模工业生产的低粘附超疏水表面涂层,并研究了这种超疏水涂层在防水、防污、防霜、耐酸、耐碱、耐刮伤等方面的实际应用,主要研究内容和结论如下:
　　1.将SiO2纳米颗粒、十甲基环五硅氧烷、聚二甲基硅氧烷和聚乙二醇辛基苯基醚按一定比例混合作为改性组分,对普通商用的水性上光油进行疏水化改性,利用涂膜-固化法在纸表面成功制备了低粘附超疏水涂层。当改性组分占改性上光油的30wt％以上时,能够得到稳定的超疏水涂层,接触角大于150°,表面微观形貌呈现纳米粗糙结构,同时表面具有优良的防水性能、防污性能、防霜性能以及耐刮伤性能。
　　2.研究了不同种类SiO2纳米颗粒对改性上光油涂层性能的影响,发现对于疏水性SiO2纳米颗粒,粒子粒径越小、比表面积越大,最后得到的改性上光油涂层的疏水性越强。
　　3.经过疏水化改性的水性上光油在流变性能上具有显著的剪切变稀特性,能够适应工业生产中对上光油的应用要求,有望应用于大规模的连续印刷过程中。
　　4.在上光油的疏水化改性过程中同时引入 SiO2微米颗粒与SiO2纳米颗粒,利用涂膜-固化的方法在纸包装表面制备了具有微纳米复合粗糙结构的超疏水上光油涂层,接触角达159°,混合颗粒在改性上光油中的含量越高,得到的改性上光油涂层的疏水性越强,防水性能也越优异,复合结构表面具有优异的防水性能和耐酸碱性能。
　　5.用聚四氟乙烯Teflon微米颗粒代替SiO2微米颗粒,与SiO2纳米颗粒构建的微纳米复合结构表面,接触角依然保持在151°,同时显著提高微纳米复合结构的耐刮伤性能与稳定性。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 表面润湿性基本原理

1.2.1 接触角的定义与杨氏方程

1.2.2前进角、后退角与接触角滞后

1.2.3 滚落角

1.2.4 表面粗糙度效应

1.3 超疏水表面的制备技术

1.3.1 刻蚀技术

1.3.2 自组装技术

1.3.3 相分离技术

1.3.4 溶胶-凝胶法

1.3.5 化学沉积

1.3.6 喷涂法

1.3.7 其他方法

1.4 超疏水表面的应用

1.4.1 自清洁涂层

1.4.2 抗菌材料

1.4.3 防结霜

1.4.4 超疏水纤维及纺织物

1.4.5 其他应用

1.5 本论文的研究目的和意义

第二章 纸包装表面超疏水印刷上光油涂层的制备与性能

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 主要材料和仪器

2.2.2 超疏水表面的制备

2.2.3 配方的具体优化

2.2.4 表征方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 超疏水纸包装表面的制备

2.3.2不同SiO2纳米颗粒分散剂对改性上光油性能的影响

2.3.3 不同SiO2纳米颗粒对改性上光油性能的影响

2.4 本章小结

第三章 纸包装表面微纳复合结构超疏水上光油涂层的制备与性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 主要材料和仪器

3.2.2 微纳复合结构超疏水纸包装表面上光油涂层的制备

3.2.3 表征方法

3.3 结果与讨论

3.3.1微纳复合结构超疏水纸包装表面的制备

3.3.2 微纳米混合颗粒使用量的探究

3.3.3 微纳复合结构超疏水改性上光油涂层的耐刮伤性能

3.3.4聚四氟乙烯(Teflon)微米颗粒的使用

3.4 本章小结

第四章 全文总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表或录用的论文

攻读硕士学位期间申请的专利