SiO2/含氟硅烷复合超双疏涂层的制备研究
本论文采用自由基溶液聚合与溶胶-凝胶法相结合的方法制备超双疏(即超疏水疏油)涂层.以有机氟单体与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)为共聚单体,四氢呋喃(THF)为溶剂,采用自由基溶液聚合法制备含氟硅烷聚合物(PFAS).通过正硅酸乙酯(TEOS)与PFAS溶液共水解缩聚,然后加入一定量的Si O2纳米颗粒,搅拌、超声得到均匀的复合溶胶,最后运用提拉涂覆法把复合溶胶涂覆于基质表面即得到复合超双疏涂层.并运用不同的仪器设备对其结构和性能进行了测试和表征.本论文的研究内容和结果包含以下几个方面:(1)采用自由基溶液聚合法,以有机氟单体与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)为共聚单体,制备PFAS.其中,讨论了有机氟单体(甲基丙烯酸六氟丁酯(HFMA)、甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFMA))对PFAS疏水性能和机械性能的影响.结果表明:当DFMA与KH-570的摩尔比为1:1时,所合成PFAS对水、丙三醇和乙二醇的角度分别可达113°、104°和99°,达到疏水疏油效果,其附着力为2级,硬度为2B.当HFMA与KH-570的摩尔比为2:1时,所合成PFAS对水、丙三醇和乙二醇的角度分别可达108°、102°和97°,也达到疏水疏油效果,其附着力为2级,硬度为2B.通过对比,选用DFMA与KH-570进行聚合得到的PFAS具有更好的疏水疏油角.(2)由上述可知PFAS的附着力较差,所以本文在PFAS溶液中加入一定量的TEOS,通过PFAS和TEOS共水解后的化学键合作用来提高附着力.在PFAS溶液中加入不同量的TEOS制备PFAS复合溶胶,复合溶胶涂覆在基质表面固化干燥后即得到PFAS复合涂层.本文探索了TEOS对PFAS复合涂层疏水性能和机械性能的影响,并通过接触角测试仪、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光光谱(UV-Vis)和综合热分析仪(TG-DTA)对其进行测试和表征.结果表明:随着TEOS加入量的增加,PFAS复合涂层疏水疏油角有一定的减小,可其附着力和硬度有较大提高.当PFAS与TEOS的摩尔比为1:2时,PFAS复合涂层对水、丙三醇和乙二醇的角度分别可达102°、95°和92°,附着力为0级,硬度为H,其透过率在90%以上,PFAS复合涂层在270℃以下具有很好的热稳定性.(3)将不同粒径的纳米Si O2粒子以一定的比例加入到PFAS复合溶胶中来制备纳米Si O2/PFAS复合涂层.探讨了制备Si O2/PFAS复合涂层的最佳条件,并对Si O2/PFAS复合涂层进行了扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和综合热分析仪(TG-DTA)表征,并对接触角、硬度、附着力及透过率进行了测试.结果表明:选用粒径在(80~240)nm范围内的Si O2粒子制备的Si O2/PFAS复合涂层具有较好的疏水疏油性能和机械性能.当Si O2与PFAS的质量比为0.3时,Si O2/PFAS复合涂层对水、丙三醇和乙二醇的角度分别可达154°、151°和150°,透过率达到85%以上.通过SEM和AFM发现Si O2/PFAS复合涂层表面出具有均匀的微纳米粗糙结构,平均粗糙度(Ra)为352nm和微观粗糙度(Rms)为458nm.通过TG表征,表明复合涂层在280℃下具有较好的热稳定性.
- 作者：
- 陈普奇
- 学位授予单位：
- 深圳大学
- 专业名称：
- 应用化学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2015年
- 导师姓名：
- 罗仲宽；逄艳
- 中图分类号：
- TB306
- 关键词：
- 超双疏；含氟硅烷；二氧化硅；溶液聚合法
- super-amphiphobic； fluoroalkyl silane； SiO2； γ-Methacryloxypropyl trimethoxy silane(γ-MPS)