【摘要】：超疏水涂層具有自清潔的特性,應(yīng)用于現(xiàn)代生活中的各個(gè)方面提供了非常大的便利,具有重要的研究價(jià)值。本文針對(duì)當(dāng)前超疏水涂層制備方法復(fù)雜、成本高、不利于大規(guī)模使用的問題,采用超細(xì)粉煤灰(二氧化碳/氫氧化鈣/電石渣)、硅烷偶聯(lián)劑為主要原料,通過噴涂法制備硅烷改性粉煤灰基超疏水涂層,研究了不同配方對(duì)涂層疏水效果的影響規(guī)律得到最佳配方,并將其應(yīng)用于泡沫混凝土及澆筑模具。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)以超細(xì)粉煤灰、硅烷偶聯(lián)劑、乙醇為原料,將粉煤灰顆粒加入至溶有硅烷偶聯(lián)劑的乙醇溶液,再將其超聲20 min后得到硅烷改性粉煤灰基超疏水涂層。研究了粉煤灰表面接枝不同疏水官能團(tuán)硅烷偶聯(lián)劑及其添加量和粉煤灰添加量對(duì)涂層疏水效果的影響,優(yōu)選出使涂層疏水效果最好的硅烷偶聯(lián)劑及其添加量和粉煤灰添加量。結(jié)果表明在氨丙基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、三甲基氯硅烷、苯基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷等五種硅烷偶聯(lián)劑中,十七氟癸基三乙氧基硅烷的表面能最低,在50 mL的乙醇中其最佳添加量2%,超細(xì)粉煤灰添加量為5 g,涂層水的接觸角為154.34°,達(dá)到超疏水要求。通過FTIR、SEM-EDS、AFM等表征手段對(duì)超疏水涂層的微觀結(jié)構(gòu)、表面官能團(tuán)及粗糙度等進(jìn)行了深入分析,探索了涂層的超疏水原理。FTIR、SEM-EDS和AFM測(cè)試結(jié)果表面氟硅烷成功接枝到粉煤灰的表面,涂層粉煤灰顆粒之間的空隙與粉煤灰顆粒表面微小的突起共同形成微納米的粗糙結(jié)構(gòu)使得涂層超疏水,表面均方粗糙度為237 nm,由Cassie理論計(jì)算得出水在涂層表面接觸面積百分?jǐn)?shù)1)_()=18.87%,空氣墊層的面積百分?jǐn)?shù)為81.13%,進(jìn)一步說明涂層表面形成與荷葉相似的微納米結(jié)構(gòu)。所制備的涂層具有優(yōu)異的超疏水特性,并且實(shí)現(xiàn)了粉煤灰的綜合應(yīng)用。(2)以超細(xì)粉煤灰-氫氧化鈣/電石渣-二氧化碳、硅烷偶聯(lián)劑、乙醇為原料,先將粉煤灰、氫氧化鈣/電石渣加入水中攪拌均勻,通入二氧化碳進(jìn)行碳酸化反應(yīng)制得碳化粉煤灰顆粒,再將其加入至氟硅烷的乙醇溶液中制得碳化粉煤灰基超疏水涂料�？疾炝艘欢康姆勖夯遗c氫氧化鈣混合物的碳化程度(不同碳化時(shí)間)制得的碳化粉煤灰對(duì)涂層疏水性能的影響。結(jié)果表明粉煤灰和氫氧化鈣混合物(總量為20 g,兩者1:1混合)的最佳碳化時(shí)間為10 min制得碳化粉煤灰顆粒,再將其5 g加入至氟硅烷添加量為0.1%的50 mL乙醇溶液中,制得涂層水的接觸角為156.4°;另外,碳化時(shí)間來決定生成的碳化顆粒的程度不太準(zhǔn)確,則再考察了氫氧化鈣(電石渣)與粉煤灰不同比例的混合物碳化反應(yīng)完全后碳化產(chǎn)物對(duì)涂層的疏水性的影響,氫氧化鈣/電石渣最佳添加量為5%時(shí)涂層水的接觸角均大于150°,在滿足疏水要求的條件下既更好確定了碳化程度又處理了電石渣。相比氟硅烷改性粉煤灰基超疏水涂層,碳化粉煤灰基超疏水涂層中氟硅烷的添加量由2%降低至0.1%,大幅降低了成本。通過SEM和AFM分析得出碳化后粉煤灰顆粒表面分布著碳酸鈣顆粒形成大的突起,表面粗糙度明顯增加,涂層滿足Cassie理論。所制備的涂層疏水性能優(yōu)異,碳化粉煤灰給構(gòu)造超疏水粗糙表面提供了一個(gè)全新的成本低廉,操作簡(jiǎn)單的方法。(3)在泡沫混凝土試塊表面涂刷粉煤灰基防水涂料作為底涂,實(shí)干后再噴涂超疏水涂層作為表涂,該復(fù)合涂層明顯降低了試塊的吸水率,具有良好的防水特性;在混凝土澆筑模具表面噴涂聚酯-環(huán)氧混合型涂料為底涂,再噴涂超疏水涂層為表涂,經(jīng)烘干、高溫固化后制得易脫模涂層,對(duì)其進(jìn)行脫模測(cè)試,使用十次后試板仍能輕松脫模,涂層表面無明顯變化,仍具有超疏水的效果。這為超疏水涂層增加了新的應(yīng)用前景。本文制備的粉煤灰基超疏水涂層具有疏水性能優(yōu)異、制備方法簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn),彌補(bǔ)了目前超疏水涂層的不足,有很好的應(yīng)用價(jià)值。
【圖文】：

1.1.1 超疏水概念固體表面的潤濕性是液體在其表面鋪展的能力或傾向，主要取決于其表面的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成[5,6]。表面是否疏水可以用表面與水的接觸角的大小來表征[7]。超疏水表面水的靜態(tài)接觸角大于 150°，疏水性表面的水的接觸角大于 90°，小于 90稱為親水性表面[8,9]。雨后荷葉非常的清潔，這是由于其表面的超疏水特性，使得水滴無法鋪展呈現(xiàn)成球狀，水珠可以自由滾動(dòng)帶走了荷葉表面的污物，這種自清潔現(xiàn)象被稱為“荷葉效應(yīng)”[10]。Barthlott 和 Neinhuis[11]借助 SEM 觀察發(fā)現(xiàn)，荷葉的表面有眾多微小的乳突，而在這種微米級(jí)的乳突上，又覆蓋了許多納米尺寸的凸起，并且其表面覆蓋有長鏈烯烴類的低表面能的生物蠟質(zhì)；江雷[12]等研究發(fā)現(xiàn)荷葉表面微小突起尺寸平均直徑為 10 微米左右，納米尺寸的凸起直徑在 200 納米左右，并且荷葉表面覆蓋了一層白色蠟狀物質(zhì)，共同實(shí)現(xiàn)了其表面的超疏水現(xiàn)象。這些都為我們提供了理論和實(shí)驗(yàn)的依據(jù)。

圖 3.2 粉煤灰 XRD 分析圖 3.3 超細(xì)粉煤灰 SEM 圖制備方法溶于乙醇，再加入無機(jī)固廢粒子，超聲 20 min，，制得粉煤灰在底材上噴一層噴霧 3M 超級(jí)不干膠粘合劑，然后再噴涂超程圖如圖 3.4 所示。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU561.6

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本文編號(hào)：2660366