氟硅改性SiO2納米涂層的表面結(jié)構(gòu)與疏水性能調(diào)控研究.pdf

1、具有超疏水性能的材料表面在自清潔、流體輸送減阻等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值，而實現(xiàn)超疏水性能的前提條件是表面具有低表面能和一定的粗糙度。氟硅具有低表面張力，并且SiO2納米粒子具有優(yōu)異的性能可用來構(gòu)建粗糙結(jié)構(gòu)。利用氟硅對SiO2納米粒子進行改性，有望構(gòu)筑微納復(fù)合的粗糙結(jié)構(gòu)并且引入低表面能的化學(xué)物質(zhì)。
　　涂層表面的潤濕性能主要受其表面自由能和微觀結(jié)構(gòu)的影響，而不同結(jié)構(gòu)烷氧基硅烷的引入，將使涂層表面含氟鏈段的空間排列發(fā)生變化，進而影響其

2、疏水性能，因此要實現(xiàn)SiO2納米涂層的表面結(jié)構(gòu)與疏水性能調(diào)控具有較大難度。故本文通過溶膠-凝膠法(Sol-gel)對SiO2納米粒子進行氟硅改性，并以此為研究對象，對其表面結(jié)構(gòu)與疏水性能進行調(diào)控研究。主要獲得的結(jié)果如下：
　　1.通過Sol-gel法制備得到不同結(jié)構(gòu)的改性SiO2納米粒子，并探究不同條件對氟硅改性SiO2納米涂層疏水性能的影響。
　　(1)通過Sol-gel法對SiO2納米粒子進行改性，制備得到不同化學(xué)結(jié)構(gòu)和

3、組成的甲基三甲氧基硅烷（MTMS）、全氟辛基三乙氧基硅烷（G617）和MTMS-G617改性的SiO2納米粒子，其具有較好的穩(wěn)定性，最穩(wěn)定的可達10月以上，并且粒子的粒徑分散較窄，熱穩(wěn)定性能較好。
　　(2)利用氟硅改性SiO2納米粒子制備了疏水涂層，揭示了成膜條件、基材等條件與涂層疏水性能的相互關(guān)系。
　?、匐S著含氟量的變化，不同基材的涂層表面疏水性能有所不同?；臑檩d玻片的涂層在含氟量wt(G617)=6％時，對水的接觸

4、角（WCA）達最大為137.1°而以鋁板為基材的涂層在wt(G617)=8%時可達最大的WCA=138.6°。
　?、诓煌椒ㄖ苽涞耐繉訉λ臐櫇裥阅懿顒e較大，對于MTMS和MTMS-G617涂層，浸涂法和滴涂法比旋涂法制備的涂層對水的接觸角明顯提高，而旋涂法制備的G617涂層對水的接觸角明顯高于其它兩種方法。
　　③運用表面涂覆法可制備MTMS和MTMS-G617超疏水涂層，WCA分別為150.4°和150.2°，并且水的

5、滯后角為6.1°和3.3°。
　　2.考察了氟硅改性SiO2納米涂層表面形貌、組成與其疏水性能之間的關(guān)系。
　　(1)原子力顯微鏡（AFM）分析結(jié)果表明，經(jīng)過無氟短鏈（MTMS）改性后的SiO2涂層表面呈突起結(jié)構(gòu)，含氟長鏈（G617）改性后的涂層為孔洞結(jié)構(gòu)，而MTMS-G617共改性的涂層則呈現(xiàn)突起和孔洞復(fù)合結(jié)構(gòu)，并且粗糙度最大，Ra可達27.436 nm。通過改變含氟量，可制備得到的SiO2涂層具有突起、孔洞以及復(fù)合結(jié)構(gòu)。

6、
　　(2) X射線光電子能譜（XPS）分析結(jié)果表明，隨著含氟量的增加，G617改性SiO2涂層表面含氟鏈段的含量逐漸增加。
　　(3)研究表明，G617-SiO2涂層表面的含氟元素并未大量富集，而MTMS-G617共改性涂層表面的氟元素卻大量富集，說明短鏈 MTMS的引入可對含氟鏈段的空間排列具有固定和保護作用，使涂層表面具有較好的表面潤濕性能。
　　3.本文利用氟硅改性SiO2納米粒子成功制備得到超疏水棉織物

7、>　　(1)利用浸-軋-烘的方法，將MTMS和G617改性的SiO2納米粒子用于棉織物疏水整理，通過考察焙烘溫度、焙烘時間、浸軋濃度和不同含氟量等因素對織物表面疏水性能的影響，制備得到超疏水織物，其對水接觸角高達156.4°。
　　(2)對整理后的棉織物通過掃描電鏡（SEM）和XPS進行表征分析，結(jié)果表明：利用MTMS-G617共改性的SiO2納米粒子制備得到的超疏水棉織物具有較好的耐水洗牢度，其表面含有分散較均勻的 SiO2納米