摘 要

制备具有自清洁功能的疏水涂层一直是国内外研究的重点，研究制备方法简便、自清洁性能优异，且具有防污防菌性能的涂层是该领域研究的热点。本文研究疏水性的叔氟乳液与改性的TiO₂粒子共混后制膜的疏水性能、表面形貌和光催化性能。

本文使用十三氟辛基三乙氧基硅烷（FAS）和硬脂酸改性的TiO₂，呈现出较高的疏水性和光催化性能；然后将疏水性的叔氟乳液与改性的TiO₂无机粒子共混后制膜，其接触角大大降低，自清洁性相比于改性的二氧化钛有一定程度的降低。采用外加掩板的红外光照射法干燥薄膜后，膜表面的有明显的凸起结构，接触角有一定程度的增加，但是并没有达到150°。在光催化性能试验发现，改性前后的TiO₂涂层都具有较高的光催化性能，这说明TiO₂颗粒是否改性对其光催化性能影响不大。

关键词：叔氟乳液，水接触角，疏水性，TiO₂，光催化

Abstract

The preparation of hydrophobic coating with self-cleaning function has been the focus of research at home and abroad. It is the hotspot in this field to to prepare a robust film with great self-cleaning and anti-bacterial properties. In this paper, the hydrophobicity, surface morphology and photocatalytic properties of the hydrophobically unsaturated fluorochondex emulsion and the modified TiO2 particles were investigated.

In this paper, FAS and stearic acid modified TiO₂ were used to make a film with high hydrophobicity and photocatalytic activity. After blending the hydrophobically tertiary fluorine emulsions and modified TiO₂ inorganic particles, compared with the modified TiO₂, the contact angle is greatly reduced, and the self-cleaning property is also reduced to some extent. After the film was dried by the infrared light irradiation, the surface of the film showed obvious convex structure, and the contact angle increased a lot, though did not reach 150 °. In the photocatalytic performance test, it was found that the TiO₂ coating behaved high photocatalytic properties both before and after the modification, which indicated that the modification of TiO₂ particles had little effect on its photocatalytic aspect.

Key Words:Tert - fluoro emulsion, Water contact angle, Hydrophobicity, TiO₂, Photocatalysis

目录

摘 要 III

Abstract II

目录 III

第1章 绪论 1

1.1 自然界中的超疏水现象 1

1.1.1 植物体表面 1

1.1.2 动物体表面 2

1.2 表面润湿改性技术 2

1.2.1 表面润湿理论基础 2

1.2.2 超疏水表面的制备技术 4

1.3 超疏水表面的应用 6

1.3.1 防腐蚀涂层 6

1.3.2 自清洁性 6

1.3.3 抗菌涂层 7

1.3.4 织物表面防水及防污应用 7

1.3.5 油水分离处理应用 7

1.4 论文研究的主要内容 7

第2章 疏水性叔氟乳液与TiO₂无机粒子共混制膜的研究 9

2.1 实验部分 9

2.1.1 实验药品及仪器 9

2.2 样品制备及处理 10

2.2.1 二氧化钛单分散溶液的制备 10

2.2.2 改性二氧化钛的制备 10

2.2.3 聚合物薄膜的制备 10

2.2.4 亚甲基蓝溶液的配制 11

2.3 测试叔氟乳液与TiO₂粒子共混制膜性能的实验 11

2.3.1 测试叔氟乳液与TiO₂粒子共混制膜疏水性的实验 11

2.3.2 测试叔氟乳液与TiO₂粒子共混制膜光催化性能的实验 11

2.4 薄膜表面表征 12

2.4.1 水接触角测量仪 12

2.4.2 扫描探针显微镜 12

第3章 结果与分析 14

3.1 未改性和改性后的 TiO₂ 结构与性能的表征 14

3.1.1 TiO₂ (Ⅰ,Ⅱ) 粒径的表征 14

3.1.2 未改性和改性后的TiO₂ (Ⅰ,Ⅱ)表面润湿性的表征 14

3.2 叔氟乳液疏水性的表征 15

3.3 叔氟乳液与改性TiO₂共混后薄膜疏水性的表征 17

3.3.1 刮涂制膜疏水性的测试 17

3.3.2 刮涂与旋涂结合制膜疏水性的测试 18

3.4 叔氟乳液与改性TiO₂共混后薄膜光催化性能的表征 19

3.4.1 水接触角 19

3.4.2 光催化性能 20

第4章 结论 22

参考文献 24

致 谢 27

第1章 绪论

超疏水表面是指液滴的水接触角大于150°而且滚动角小于10°，具有特殊功能属性的材料表面。人们对超疏水最初的认识来自于自然界中一些植物茎、叶表面以及一些动物羽毛或皮肤表面的疏水和自清洁现象，地球上的生物经过了亿万年的繁衍与发展，在这一过程中通过不断的进化、演化和优化，其结构和功能为了适应环境而不断发生着改变。许多生物体为了其生存环境，表层已逐渐形成各种规则的微观粗糙结构，进而产生了超疏水、自清洁、流体减阻、抗磨损、防雪、防雾、防结冰和抗氧化等功能。考察自然界中超疏水表面的微观结构，通过现代精密的分析手段研究自然界中生物体超疏水表面的化学组成和表面微观结构形貌，并总结出人工仿生制备超疏水表面的必要条件和实现途径，对人类研究和应用这样特殊功能的表面具有重要的现实意义^[1]。

1.1 自然界中的超疏水现象

1.1.1 植物体表面

20世纪70年代，德国生物学家C.Neinhuis和W.Barthlott^[2-3]对几百种植物叶子的表面结构形貌进行观察研究后发现，光滑的植物叶子表面总是有灰尘，进行叶面表面清洗后才可以在电镜下观察研究，这些叶面具有较低的水接触角，如香草和山毛榉叶面的水接触角分别为28.4°和71.7°。但是荷叶等疏水的叶子表面总是干干净净的，而不是像光滑的叶面一样存在灰尘，且水接触可以达到160°以上。通过进一步的研究，他们认为荷叶表面的超疏水性和自清洁性能是由其表面粗糙的微米级乳突结构和疏水的蜡状物质共同引起的。由于其表面的超疏水性，当水珠在表面滚落时，能带走表面的污染物如灰尘等，从而达到自清洁的效果，故称之为“荷叶效应”。

中国科学家江雷院士及其团队对荷叶的表面形貌进行观察研究^[4]，发现荷叶表面的微米级乳突结构上还存在着纳米级结构，这种微米级与纳米级结构相复合的分级结构是促使超疏水形成的关键。而且他们还发现，荷叶的表面是由许多平均直径为5-9μm的乳突结构构成的，而每个微米级乳突结构又是由平均直径为（124.3±3.2）nm的纳米级分支结构组成的，且在微米级乳突之间，同样可以发现纳米级分支结构。