由荷葉出淤泥而不染的神奇現(xiàn)象拉開(kāi)了超疏水神秘的面紗,經(jīng)過(guò)各國(guó)學(xué)者多年研究發(fā)現(xiàn)超疏水現(xiàn)象的兩個(gè)構(gòu)成要素:具有微/納粗糙表面以及低表面能物質(zhì)修飾。由于超疏水材料應(yīng)用廣泛,近年來(lái)成為一大研究熱點(diǎn),而納米纖維素由于其自身的特性能夠和超疏水性能很好的結(jié)合在一起,具有很大的應(yīng)用前景,因此本篇論文主要以納米纖維素為原料通過(guò)不同的方法來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)建新型超疏水涂料,為納米纖維素基超疏水材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一定的依據(jù)。(1)納米纖維素是從植物生物質(zhì)中提取的納米尺寸材料,通過(guò)重建粗糙表面和用低表面能化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行改性,可以制備超疏水材料。在第二章中,通過(guò)噴霧干燥法來(lái)制備具有表面分層結(jié)構(gòu)的納米纖維素基顆粒。發(fā)現(xiàn)納米纖維素的長(zhǎng)度對(duì)噴霧干燥形成的顆粒的表面結(jié)構(gòu)有很大影響。與較長(zhǎng)的納米纖維相比,較短的納米纖維素更容易得到具有密集凹陷的粗糙表面結(jié)構(gòu),并且涂層的疏水性能也更加優(yōu)良,WCA最高達(dá)到164°,且涂層具有較好的耐摩擦性能和化學(xué)穩(wěn)定性。(2)由于納米纖維素本身的特性使得其穩(wěn)定界面的能力非常出色,因此在第三章中將納米纖維素作為穩(wěn)定劑顆粒,利用Pickering乳化法制備納米纖維素/聚苯乙烯復(fù)合微球,結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著穩(wěn)定劑纖維含量的增加復(fù)合微球的粒徑不斷下降,而粒徑越小的微球更容易制備出高粗糙度的涂層。由于用無(wú)水乙醇洗滌會(huì)留下二次成核生成的納米級(jí)顆粒吸附在微球表面形成微/納雙尺寸結(jié)構(gòu),所得涂層的疏水性比用去離子水洗滌得到的微球制備而成的涂料更好。同時(shí)當(dāng)水相加入CNC時(shí),納米纖維素會(huì)和納米級(jí)顆粒交織在一起共同構(gòu)成更為復(fù)雜的微/納粗糙結(jié)構(gòu),此時(shí)涂層的WCA最高為172.2°。(3)第四章僅以改性納米纖維素mTOCN為原料,利用其本身的特性進(jìn)行纏繞、聚集、堆疊來(lái)形成超疏水涂層。結(jié)果發(fā)現(xiàn)mTOCN和PDMS的用量對(duì)涂層疏水性能影響很大,適量的mTOCN會(huì)在基材表面形成具有雙尺寸結(jié)構(gòu)的混合附聚物涂層,達(dá)到超疏水效果,WCA為153.6°。PDMS能為涂層提供較低的表面能,然而過(guò)多時(shí)會(huì)覆蓋住纖維聚集體表面的細(xì)小結(jié)構(gòu),導(dǎo)致疏水性能降低。噴涂時(shí)固液相分離導(dǎo)致形成許多形狀不規(guī)則顆粒附在基材表面形成超疏水涂層,比浸涂能獲得更好的疏水效果。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ630.1
【部分圖文】：

圖 1-1 三種納米纖維素的電鏡圖[3]Fig.1-1 Representative electron microscope images of the three types of nanocellulose: CNCs,CNFs and BC1.1.2 納米纖維素的制備方法通過(guò)不斷地研究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多種技術(shù)用于提取來(lái)自纖維素材料中的納米纖維素。不同的提取方法導(dǎo)致所得納米纖維素的類型和性質(zhì)不同。主要的提取方法有：酸水解法、生物法、機(jī)械法和化學(xué)機(jī)械相結(jié)合的方法。1.1.2.1 酸水解法制備納米纖維素酸水解法是從纖維素材料中提取納米纖維素的主要方法之一。由于纖維素是由結(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū)組合而成，無(wú)定形區(qū)域中纖維素之間的糖苷鍵容易被酸水解破壞而斷裂，而結(jié)晶區(qū)由于其結(jié)構(gòu)特性不容易被降解，因此制備得到的納米纖維素保留了結(jié)晶區(qū)。酸

與熱空氣的接觸中，水分迅速蒸發(fā)，固液兩相分離形成具有粗糙結(jié)構(gòu)的顆粒，流程如圖2-1 所示。設(shè)置噴霧干燥機(jī)的參數(shù)，流量：800 L h-1，進(jìn)料速度：10 ％，進(jìn)氣量：100 ％，進(jìn)氣溫度：160 ℃。通過(guò)調(diào)節(jié)四種纖維的濃度，通過(guò)噴霧干燥獲得的粒度大致相同的顆粒。圖 2-1 噴霧干燥法形成粗糙納米纖維素基顆粒的過(guò)程圖Fig. 2-1 Process of preparation of rougness nanocellulose-based particles2.2.3.5 馬爾文激光粒度儀分析通過(guò)馬爾文激光粒度儀對(duì)顆粒進(jìn)行粒度分析。具體測(cè)試方法：選擇水為分散劑，選擇不規(guī)則球形模式，攪拌速度 2500 r min-1，超聲 1 min

圖 2-2 涂料配制示意圖Fig. 2-2 The process to fabricate superhydrophobic coatings with nanocellulose-basedparticles2.2.3.12 水接觸角（WCA）和滾動(dòng)角（SA）測(cè)試使用靜態(tài)接觸角儀對(duì)噴涂過(guò)樣品的濾紙和玻璃進(jìn)行接觸角測(cè)試。測(cè)試方法為：將濾紙用雙面膠貼在載玻片表面，保證濾紙樣品表面平整，對(duì)于玻璃樣品可以直接測(cè)試。測(cè)試中使用手動(dòng)測(cè)量模式，設(shè)置液滴量為 5 μL 去離子水，為了減少誤差，每個(gè)樣品選取6 個(gè)不同的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。使用 DCAT21 表面張力儀進(jìn)行動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)試。把潔凈的測(cè)試片插入樣品夾，控制傾斜角度，將去離子水倒入樣品室并滴落，測(cè)試其開(kāi)始滾動(dòng)時(shí)的角度即為動(dòng)態(tài)接觸角。2.2.3.13 涂層耐磨損性能檢測(cè)
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 余成華;納米纖維素基超疏水材料的制備及其應(yīng)用研究[D];華南理工大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 李靜;納米纖維素的疏水改性及其在制漿造紙中的應(yīng)用[D];齊魯工業(yè)大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2849510