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超疏水涂层的制备及应用研究

作　者: 江强维
导　师: 黄承亚；王慧敏
学　校: 华南理工大学
专　业: 材料工程
关键词: 接触角超疏水涂层微纳米复合结构耐热性能耐刷洗性能
分类号: TQ171.68
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文在玻璃基材上采用空心玻璃微珠与正硅酸乙酯复合,经含D4开环产物的物质修饰后,得到了接触角为151.7±1°的超疏水涂层,研究了空心玻璃微珠用量对涂层接触角和透光性的影响,研究了正硅酸乙酯用量对涂层接触角的影响,涂层的耐热性能。以铝合金为基材制备超疏水涂层时,采用盐酸腐蚀铝合金的方法,经有机硅改性后制得的超疏水涂层接触角能达到155.4±1°,而经十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷(G502)改性后接触角略低,讨论了腐蚀铝合金的时间对接触角的影响,有机硅合成的工艺对涂层的耐洗刷性能的影响,及涂层的耐热性能。研究结果表明,空心玻璃微珠的用量对涂层接触角影响较大,正硅酸乙酯的用量对涂层粒子间作用力的影响较大。空心玻璃微珠的用量较少时,涂层粒子间的距离较大,涂层接触角较低,当空心玻璃微珠的用量达到1.2wt%,涂层接触角达到151.7±1°。随着空心玻璃微珠用量的增加,涂层的透光性能下降。经过耐热性能测试表明,涂层在200℃条件下处理后仍具有很好的疏水性,在300℃处理下涂层转变为超亲水。当盐酸浓度为3.3wt%,盐酸腐蚀时间对形成铝合金超疏水表面具有重要的影响;腐蚀时间为3小时,铝合金表面形成复杂的微纳米复合结构;盐酸浓度越高,反应所需时间越短。采用G502修饰腐蚀后的铝合金表面,得到的疏水表面与水的接触角为143.7±1°,但试样的刷洗测试结果表明,其耐刷洗性能不佳,说明G502与铝合金基体的结合强度不高。采用有机硅修饰腐蚀后的铝合金表面,疏水表面与水的接触角达到155.4±1°,疏水表面具有较好的耐刷洗性能,经过5000次刷洗测试后,接触角仍能保持130°左右。用有机硅修饰的表面在耐热性能方面表现优良,疏水涂层的耐热温度可达280℃,当环境温度达到310℃后,有机硅开始分解,疏水表面与水的接触角降低。本论文还对铝合金管内流体的流动性能进行了研究,分析了水在超疏水管和普通管内的流动过程,试验表明超疏水管对水的流动具有流体减阻特性,水在疏水表面发生滑移,试验计算的减阻率最大能达到84.5%。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-25
  1.1 超疏水的基本理论  11-15
    1.1.1 接触角的定义及Young 氏方程  11-12
    1.1.2 Wenzel 模型及Wenzel 接触角方程  12-13
    1.1.3 Cassie 模型及Cassie 接触角方程  13-14
    1.1.4 前进角、后退角、接触角滞后及滚动角  14-15
  1.2 自然界中超疏水现象  15-16
  1.3 人工制备超疏水的方法  16-21
    1.3.1 刻蚀法  16-17
    1.3.2 相分离法  17
    1.3.3 模板法  17-18
    1.3.4 机械拉伸法  18
    1.3.5 电纺丝法  18-19
    1.3.6 自组装法  19
    1.3.7 溶胶凝胶法  19-20
    1.3.8 等离子处理法  20
    1.3.9 气相沉积法  20
    1.3.10 电化学法  20-21
  1.4 超疏水表面结构的设计  21-23
    1.4.1 非复合结构设计  21-22
    1.4.2 微纳米复合结构设计  22-23
  1.5 超疏水的应用  23-24
  1.6 选题的依据和研究内容  24-25
    1.6.1 选题依据及意义  24
    1.6.2 研究内容  24
    1.6.3 研究创新点  24-25
第二章玻璃基体超疏水涂层的制备  25-40
  2.1 引言  25
  2.2 实验部分  25-29
    2.2.1 实验原料  25-26
    2.2.2 实验仪器  26
    2.2.3 玻璃基体超疏水涂层的制备  26-28
    2.2.4 接触角的测定  28
    2.2.5 扫描电镜的表征  28
    2.2.6 元素分析的表征  28
    2.2.7 透光性能比对的表征  28
    2.2.8 红外光谱的表征  28
    2.2.9 热重分析的表征  28-29
  2.3 结果与讨论  29-39
    2.3.1 超疏水涂层的表面形貌  29-30
    2.3.2 超疏水涂层的元素分析  30
    2.3.3 超疏水涂层的红外光谱  30-31
    2.3.4 玻璃微珠含量对接触角的影响  31-33
    2.3.5 正硅酸乙酯的用量对接触角的影响  33-34
    2.3.6 超疏水涂层的模型分析  34-36
    2.3.7 超疏水涂层的透光性  36-37
    2.3.8 超疏水涂层的耐热性  37-39
  2.4 本章小结  39-40
第三章铝合金基体超疏水涂层的制备  40-61
  3.1 引言  40
  3.2 实验部分  40-44
    3.2.1 实验原料  40-41
    3.2.2 主要仪器及设备  41
    3.2.3 铝合金超疏水粗糙表面的构造  41-42
    3.2.4 铝合金超疏水表面的制备  42-43
    3.2.5 接触角测试  43
    3.2.6 耐洗刷性能测试  43
    3.2.7 SEM 及EDS 表征  43
    3.2.8 FTIR 表征  43
    3.2.9 热重分析的表征  43
    3.2.10 耐化学腐蚀性能测试  43-44
  3.3 结果与讨论  44-60
    3.3.1 铝合金超疏水表面形貌  44
    3.3.2 FTIR 表征  44-46
    3.3.3 EDS 的表征  46-47
    3.3.4 盐酸腐蚀时间对铝合金表面接触角的影响  47-49
    3.3.5 盐酸浓度对铝合金表面接触角的影响  49
    3.3.6 接触角的表征  49-52
    3.3.7 含氟化合物修饰铝合金表面耐刷洗性能  52-54
    3.3.8 有机硅修饰超疏水表面的耐刷洗性能  54-58
    3.3.9 超疏水涂层的热性能  58-59
    3.3.10 铝合金超疏水表面的耐化学腐蚀性能  59-60
  3.4 本章小结  60-61
第四章超疏水表面在流体减阻上的应用研究  61-67
  4.1 引言  61
  4.2 流体减阻的相关理论  61-62
  4.3 实验部分  62-66
    4.3.1 实验原料及设备  62-63
    4.3.2 实验步骤  63-64
    4.3.3 实验结果与讨论  64-66
  4.4 本章小结  66-67
结论  67-68
参考文献  68-74
攻读硕士学位期间取得的研究成果  74-75
致谢  75-76
附件  76

超疏水涂层的制备及应用研究

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