玻璃表面碱催化甲基含氢硅油制备超疏水涂层的研究

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超疏水表面及其处理技术是目前材料研究的关注重点,在防雾、防结冰、防腐蚀、减阻以及油水分离等领域具有广阔的应用前景。目前,玻璃表面超疏水化技术虽有报导,但普遍存在制备工艺复杂,成本高,使用含氟类有机物环保性差,特别是改性后难以保障玻璃的高透射率。针对目前的研究现状,本文提出了一种简单、绿色、高效的玻璃表面超疏水涂层制备工艺,通过在玻璃表面旋涂甲基含氢硅油(PMHS)原位生长硅酮纳米纤维丝的方法实现玻璃表面由亲水向超疏水的转变。通过对构建机理的探索,本文揭示了玻璃表面超疏水界面的构建机理,并对制备后超疏水的玻璃性能进行了测试,实验结果如下:(1)成功利用碱催化PMHS原位生长疏水纳米纤维丝层,在光滑和粗糙玻璃表面制备出了具有接触角均>160°,光透射率89%的超疏水界面。对比发现,提高玻璃表面粗糙度有利于构建超疏水涂层。(2)对纤维涂层的结构、组成与性能测试结果表明:组成元素来源于PMHS分子。PMHS分子中的Si-H基团在碱催化作用下水解形成Si-OH,这些Si-OH生成疏水硅酮纳米纤维丝的反应机制有两种:一是与衬底表面羟基结合将疏水-CH3固定到表面,二是单体间缩合形成-Si-O-网络。(3)通过考察时间、温度、水含量、碱浓度、硅油用量等条件对纤维生长和发育的影响,结果表明:水含量、碱浓度、硅油用量是影响纤维形成的关键因素。在高温碱性条件下,甲基含氢硅油极易发生水解和缩聚反应,通过控制反应物浓度(水含量和硅油用量)来影响纤维生长程度,碱浓度则决定了硅烷与衬底结合的密度。通过单因素实验得到超疏水涂层的最佳制备方案:预先对磨砂玻璃活化暴露出-OH,随后在表面旋涂0.05g硅油,在120℃环境中密封养护240 min即可在玻璃表面得到透明均匀的超疏水涂层。(4)超疏水涂层的性能测试结果表明:涂层具有较高的可见光透射率,在空气中可长时间保持超疏水,对强酸、盐溶液具有强的稳定性,但不耐碱腐蚀、不耐磨损。
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