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超疏水自清洁涂料制备及应用研究

刘新;赵清含

【摘要】构建表面微/纳米微观结构和降低表面能是制备超疏水自清洁表面的基本

方法,但现有的表面超疏水化处理技术存在污染大、基底材料局限和费用高昂等缺

点.为克服上述缺点,文章采用氟硅烷修饰二氧化钛纳米颗粒来制备可用于各种基底

材料的超疏水涂料.该涂料可通过喷、刷、浸润等方式覆盖在各种材料表面(如玻璃、

金属、织物、海绵等),从而使基底材料获得超疏水自清洁功能.该涂层在大厦外墙玻

璃自清洁、大面积海面溢油回收等领域的应用价值较大.

【期刊名称】《无线互联科技》

【年(卷),期】2018(015)006

【总页数】5页(P108-112)

【关键词】超疏水;自清洁;涂料;二氧化钛

【作者】刘新;赵清含

【作者单位】大连理工大学机械工程学院,辽宁大连116024;大连育明高中,辽宁

大连116024

【正文语种】中文

超疏水性是指水滴和固体表面的接触角大于150°,且滚动角小于10°的一种润湿

性。荷叶表面是超疏水表面的典型代表,雨水接触荷叶表面时会自由滚落,并将荷

叶表面的灰尘带走,实现自清洁功能。1996年,日本科学家首次制备出接触角达

到174°的超疏水表面[1],在学术界掀起了一股研究超疏水表面的热潮。到目前为

止,超疏水表面的研究已取得了巨大的进步。

超疏水表面之所以能引起学术界如此大的兴趣,主要原因是其具有抗润湿、防结冰、

耐腐蚀、减阻等性质,从而可在纺织业、建筑、军事、航空等领域具有广阔的应用

前景。如将超疏水表面应用于衣服上,可使其具有防水和自清洁的功效[2-3];应

用在金属材料上可提高金属的耐腐蚀性[4-7];应用在冰箱制冷管上可防止制冷管

结冰结霜[8-9];应用在船体表面可降低船体与水的阻力从而节省能源[10];应用

于汽车玻璃和后视镜表面时,雨水可从表面滑下,避免因视线不清而造成车祸[11];

应用于潜水泳镜可有效防雾,有助于保持良好视线[12-13]。

由于具有广阔的应用前景和经济价值,超疏水表面的研究得到了广泛发展,涌现出

了多种多样的超疏水表面的制备方法,如蚀刻法[14-16]、沉积法[17-18]、阳极氧

化法[19]、模板法[20-22]、静电纺丝法[23]、高温热氧化法[24]等。综合来看,真

正能够应用到实际场合的例子却非常少,大部分还只是停留在实验室研究阶段,究

其原因,主要存在着制备成本过高、大批量制备难、基底材料通用性差、环境危害

大等问题。

因此,研究一种简单、高效、安全、成本低的方法来实现超疏水表面的加工具有重

要的实际意义。本文提出将二氧化钛纳米颗粒溶于氟硅烷乙醇溶液中制成一种涂料,

通过喷、刷、浸润等方法将涂料附着于基底表面,经过自然烘干10min后可在基

底表面形成超疏水涂层。该方法能够在多种材料上制备超疏水表面,工艺简单、成

本低廉、材料环保,且具备良好的自清洁功能。另外,该表面还具有疏水亲油性,

因此可发挥其水面浮油吸附功能。

1试验材料与试验方法

1.1试验材料与试剂

试验材料与试剂主要有纳米二氧化钛(直径约40nm,天津科密欧化学试剂有限

公司);无水乙醇(天津科密欧化学试剂有限公司);十三氟辛基三乙氧基硅烷

(C8F13H4Si(OCH2CH3)3),简称氟硅烷、FAS,纯度95%,德国Degussa

公司);铝板、玻璃、普通海绵、棉布等。

1.2涂层的制备方法

将1g氟硅烷添加到99g无水乙醇中,磁力搅拌10min使其混合均匀。再将15

g直径约为40nm的二氧化钛颗粒加入上述混合液中,并磁力搅拌30min以上,

即制得所需的超疏水自清洁涂料。在整个搅拌过程中,溶液均需保持良好的密封性,

避免失效。对于铝等硬基底材料,制备涂层时,需依次经800#、1500#砂纸打磨

基底表面,无水乙醇、去离子水超声清洗,之后晾干。接着,在待加工区域涂抹透

明胶以增强涂层的机械强度。之后,以提拉法制备涂层,即将基底完全浸没入涂料,

30s后缓慢提出,溶液即附着于涂胶区域。最后,将该复合涂层置于室温下自然

风干10min,或置于烘箱中烘干即可制得超疏水自清洁涂层。对于海绵等软基底

材料,利用浸涂法制备涂层,即将其浸没于该混合溶液30s后取出,晾干后也可

得到超疏水自清洁表面。

1.3涂层的表征方法

分别采用扫描电子显微镜(SEM,SUPRA55SAPPHIRE,Germany)和与其连

接的能量色散

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