【摘要】：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(1590)和較低的接觸角滯后(-40)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；Si02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,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的提升,從而為其在工業(yè)上的應(yīng)用提供了很有力的參考。
【圖文】：

１緒論逡逑１緒論逡逑引言逡逑在過去的２０年中，超疏水表面由于其優(yōu)異的防水性能和自清潔性無論是在科學(xué)界逡逑在工業(yè)界都引起了人們極大的興趣。從基礎(chǔ)科學(xué)的角度，固體表面和潤濕性由兩個逡逑決定：一是固體表面的能量；二是固體表面的微觀形貌�；瘜W(xué)成份決定了固體表面逡逑量，從而影響到固體表面的潤濕性［１］。然而，單純地降低固體表面的能量不足得逡逑疏水的表面。例如，研究報道＾＾－〔？３為終端的表面具有最低表面能，但在平面上逡逑其后的表面具有最大的水接觸角僅有１２０°［２］。在超疏水表面，表面的微觀形貌對逡逑體表面的潤濕性也起著非常重要的作用。增強(qiáng)表面的粗糖度不僅可Ｗ提富其疏水性逡逑，而且當(dāng)水滴滴在其表面時，空氣還可Ｌ：ｉ、被截留到粗植結(jié)構(gòu)與水滴的空隙中。由于逡逑是絕對疏水的，其與水的接觸角為１８０＂，因此被截留的空氣也一定程度上提高了表逡逑疏水效果［５］。所Ｗ分級的微／納結(jié)構(gòu)對于超疏水表面也是至關(guān)重要的。逡逑

１．２．１接觸角和Ｙｏｕｎｇ’ｓ方程逡逑當(dāng)液體液滴滴在固體表面時，液體與固體表面形成一個角度，即接觸角０，，接觸角逡逑的定義是在固－液－氣Ｈ相的交點(diǎn)處，做氣－液相的切線（如圖１－２所示），此切線與固液逡逑相之間的夾角便是接觸角０邋（如圖１－２所示）。利用接觸角可Ｗ很直觀地衡量液體對固體逡逑的潤濕程度。逡逑接觸角ｅ小邐接觸角Ｑ大逡逑＼邐４／逡逑ｆ邐涼體邋／、邐，邐７＾／邐、逡逑Ｉ邋固體邋Ｊ邐固＃邐１逡逑圖１－２接觸角的定義逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｈｅ邋ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃｏｎ化ｃｔ邋ａｎｇｌｅ逡逑液體在固體表面的接觸角，一般是固、液、氣蘭相界面之間表面張力平衡的結(jié)果，逡逑這種平衡使得整個體系的總能量趨于最小，從而使液滴在固體表面處于穩(wěn)定態(tài)。一般來逡逑說，在光滑的理想固體表面的液滴接觸角６可＾用Ｙｏｕｎｇ’ｓ方程來表示［１５Ｊ：逡逑ｃｏｓ邋口邋＝也￣—逡逑口，、＇逡逑式中，（Ｔｓｖ、口ｓｉ和巧Ｖ分別代表固－氣、固液、液氣界面的表面張力；０為平衡接觸角，或逡逑稱材料的本征接觸角。逡逑Ｙｏｕｎｇ’ｓ方程是研究固體與液體浸澗性的基礎(chǔ)，接觸角６的大小量是判斷固體潤濕逡逑性能好壞的判據(jù)：逡逑０＝０邐完全潤濕
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB306

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 馮杰;盧津強(qiáng);秦兆倩;;超疏水表面抗結(jié)冰性能研究進(jìn)展[J];材料研究學(xué)報;2012年04期

2 周艷艷;于志家;;鋁基超疏水表面抗結(jié)霜特性研究[J];高�；瘜W(xué)工程學(xué)報;2012年06期

3 郭海峰;張志恒;秦華;楊法杰;代曉東;賈子麒;常維純;李春漫;;天然氣管道內(nèi)表面超疏水分子膜及其防腐性能[J];油氣儲運(yùn);2011年10期

本文編號：2533890