论文总字数：19295字

摘 要

超疏水涂层由低表面能材料和多级粗糙表面构成，无论在民用还是军事领域都具有相当不错的应用前景，但几乎所有涂层都有机械强度低，不耐摩擦等缺点。本文研究了以丙烯酸喷漆为胶黏剂，辛基三乙氧基硅烷，TiO₂，P25以及无水乙醇为材料，采取喷涂法的方式制得耐用型超疏水涂层。从测量的接触角图片显示，不同基质，不同辛基三氧乙硅烷的用量，不同二氧化钛的用量对疏水程度有着很大的影响。而采用丙烯酸作为胶黏剂，既能保证涂层的疏水性能，还能显著提高涂层的摩擦性能，同时具有较好的耐温，耐候性。

关键词：耐用，超疏水，辛基三乙氧基硅烷，二氧化钛，涂层

Fabrication of Durable Super hydrophobic Coatings

Abstract

Superhydrophobic surfaces, based on low surface energy materials and micro/nano morphologies, have a good prospect in both civil and military applications. However, such surfaces are almost mechanically weak and lack of resistence to friction. In this paper, we use an ethanolic suspension of N-Octyltriethoxysliane-coated titanium dioxide nanoparticles with acrylic adhesive to fabricate the coating by spray method. In contact angle graphs, substrates, different amount of N-Octyltriethoxysliane and TiO₂ cause the changes in hydrophobicity. Acrylic acid is used not only to maintain the hydrophobicity, but also to promote the anti-friction ability. Thermal endurance and climate resistance are also improved.

Keywords: durable，Super hydrophobic，N-Octyltriethoxysliane，TiO₂，Coatings

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1自然界中的超疏水 1

1.2 固体表面润湿性 1

1.2.1 润湿性影响因素 1

1.2.2 静态接触角，滚动角与接触角滞后 2

1.3 超疏水表面及构造方法 3

1.3.1 Wenzel和Cassie模型 3

1.3.2 多级粗糙表面 4

1.4超疏水的应用 5

1.4.1 自清洁材料 5

1.4.2 金属防护 5

1.4.3 防覆冰 5

1.5超疏水存在问题和发展趋势 5

1.5.1 各种条件下的耐用性 5

1.5.2透明性 6

1.5.3发展趋势 6

1.6本课题研究意义与内容 6

1.6.1选题的意义 6

1.6.2研究的内容 6

第二章 制备与表征方法 7

2.1引言 7

2.2实验部分 7

2.2.1实验原料和器材 7

2.2.2不同粒径TiO₂的制备 8

2.2.3超疏水材料的制备 8

2.2.4耐用型超疏水涂层的制备 9

2.3实验表征方法 9

2.3.1 SEM表征方法 9

2.3.2 FTIR表征方法 10

2.3.3 TGA表征方法 10

2.3.4 XRD表征方法 10

2.3.5 接触角表征方法 10

第三章 结果与讨论 11

3.1形貌与物性 11

3.1.1 SEM分析 11

3.1.2 FTIR分析 12

3.1.3 TGA分析 13

3.1.4 XRD分析 13

3.2 疏水性分析 14

3.2.1不同疏水材料的接触角 14

3.2.2辛基三乙氧基硅烷OTES用量对接触角影响 15

3.2.3 TiO₂用量对接触角影响 16

3.2.4羧甲基纤维素钠CMC对流平性质及接触角影响 17

3.2.5在不同基质上的接触角 17

3.2.6在不同胶粘剂上的接触角及表面状态 18

3.2.7耐摩擦测试 20

3.2.8 涂层的耐温性能 22

3.2.9涂层的耐候性能 23

第四章 结论与展望 24

4.1结论 24

4.2展望 24

参考文献 26

致谢 28

第一章 引言

1.1自然界中的超疏水

超疏水涂层在民用，军工业上都具有相当不错的应用情景^[1]。适用于石油管道的输送以及防水和防污处理^[17]。近几年介绍其制备的高水平文章层出不穷，然而这些材料经不起多次摩擦、使用，性能便降低或失效。石油管道的输送以及防水和防污处理。我们定义超疏水材料表面稳定接触角要大于150°，滚动接触角小于10°^[2]。本课题意在课题组前期制备透明超疏水涂层的基础上尝试改变基质，以制备一种耐用型透明超疏水涂层。

1.2 固体表面润湿性

图1-1 超疏水的理论公式

1.2.1 润湿性影响因素

固体表面的润湿性主要受固体表面的粗糙度和自由能的影响。

粗糙度指的是固体表面的实际面积与表观面积之比。现实生活中，几乎没有绝对光滑平整的表面，绝大多数固体表面都具有一定的粗糙度^[3]。在润湿固体表面

的过程中，表面张力较高的表面在较大粗糙度的影响下更容易被液体润湿，反之亦然。所以，表面张力一定时，改变控制固体表面的粗糙度可以有效调控固体表面的润湿性。

表面自由能也称为表面张力，一般用γ表示，它是固体或液体表面的基本性质之一。γ是指固体或者液体内部分子之间的相互作用导致分子受力不均，从而产生向内的收缩力，表面张力它相当于恒温恒压下单位面积所做的功，其单位是N·m^-1或者J·m^-2[30]。当液固两相相互接触时，为了使体系总能量达到最小，液体与固体分子之间会相互作用从而达到一个平衡状态^[4]。固体表面的液滴，其铺展性和润湿性受液体，固体的表面张力以及润湿过程下的环境所影响，当液体表面与固体表面相互接触时，大部分情况下，液体会取代固体表面的气体，从而润湿表面，如果固体的表面张力小于液体的表面张力，为了使体系能量降低，当体系达到平衡时，液体将不能润湿固体表面^[5]。所以，固体的表面张力越大，被液体润湿的可能性就越大，比如金属，玻璃以及木材的表面。然而，像有机硅聚合物，含氟聚合物，聚乙烯以及聚丙烯，由于它们的表面张力较小，因此不仅不易被液体润湿，而且展现出较强的疏水和疏油性^[25]。

1.2.2 静态接触角，滚动角与接触角滞后

1.2.2.1 静态接触角

接触角是润湿程度的量度，是指在气，液，固三相交点作气液界面的切线，切线穿过液固交界线之间的夹角称为接触角，记为θ 。如果θ=0°，则完全润湿；如果θlt;90°时，液体容易润湿固体，即表现为亲水性，如果角度越小，说明润湿性越好；如果θ=90°，则是润湿与否的分界线；如果θgt;90°，则固体表面是疏水性的^[6]。润湿过程与体系的界面张力有关^[21]。液滴在水平固体表面达到平衡稳定时，其接触角与各个界面的表面张力的关系符合杨氏公式（Young Equation），杨氏公式如下所示:

请支付后下载全文，论文总字数：19295字