超疏水有机硅复合涂层的制备及性能研究.pdf

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1、硕士学位论文超疏水有机硅复合涂层的制备及性能研究THEPREPARATIONANDPROPERTIESOFSUPERHYDROPHOBICORGANOSILICONCOMPOSITECOATINGS覃国师哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TQ317学校代码：10213国际图书分类号：667密级：公开工学硕士学位论文超疏水有机硅复合涂层的制备及性能研究硕士研究生：覃国师：导师：宋梁成：副教授申请学位：工学：硕士学科：化学工程：与技术所在单位：化工与化学学院：答辩日期：2018：年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学：Class

2、ifiedIndex:TQ317U.D.C:667DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEPREPARATIONANDPROPERTIESOFSUPERHYDROPHOBICORGANOSILICONCOMPOSITECOATINGSCandidate：GuoshiQinSupervisor：Prof.LiangchengSongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ChemicalEngineeringan

3、dTechnologyAffiliation：SchoolofChemistryandChemicalEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要超疏水表面在自清洁、防腐防污、流体减阻、油水分离等领域有着重要的应用价值。受“荷叶效应”的启发，目前制备超疏水表面的途径主要有两种，一是在粗糙的固体表面修饰低表面能物质，二是在低表面能固体的表面构建粗糙结构。本论文从构建表面粗糙结构入手，分别采

4、用Stober法和乳液聚合法制备具有类似于荷叶表面多级微纳结构的超疏水涂层。采用Stober法制备粒径可控的SiO2纳米粒子，探索各工艺参数对SiO2纳米粒子粒径的影响。分别用甲基三乙氧基硅烷（MTES）、苯基三甲氧基硅烷（PhTMS）、正辛基三乙氧基硅烷（OTES）等对粒径为450nm和100nm的SiO2纳米粒子进行疏水改性，探索改性工艺条件。通过接触角测试来表征疏水改性的效果，使用红外光谱分析涂层的表面基团，结果表明，OTES的疏水改性效果最好，当OTES的用量为0.03mol，水解度为80%时，涂层的接触角高达151°。扫

5、描电镜结果显示，通过该方法改性的超疏水涂层表面具有多级微纳结构，与荷叶表面的结构极为相似，从而具有良好的疏水效果。以MTES和PhTMS为硅源，采用乳液聚合法一步合成超疏水聚甲基苯基硅氧烷（PMPSQ）纳米粒子，制备耐高温超疏水涂层。研究硅源、乳化剂种类、催化剂种类及各自的用量等工艺参数对PMPSQ粒子粒径、疏水性以及储存稳定性的影响，测试涂层的各项性能。结果表明，最佳的乳化剂为十二烷基苯磺酸钠（SDBS），最佳的催化剂为KOH，MTES和PhTMS的最佳摩尔比为1:1，通过调控SDBS、KOH和硅源的用量，可以分别制备粒径为1μ

6、m和200nm的PMPSQ粒子。为了提高涂层的机械稳定性，以MTES和PhTMS为硅源，采用酸催化水解法合成有机硅粘结剂，该粘结剂通过在涂层与基底之间形成Si-O-Si网络结构，从而提高涂层的附着力。在粘结剂的作用下，小粒子融合到大粒子表面，形成草莓状多级微纳结构，赋予涂层良好的超疏水和自清洁效果。研究了粘结剂浸涂次数对涂层疏水性和机械稳定性的影响，当浸涂粘结剂3次时，涂层经过20次机械稳定性测试之后依然保持超疏水性能。此外，PMPSQ超疏水涂层具有良好的热稳定性，在空气中以400℃的温度热处理24h后依然保持超疏水特性。关键词：

7、Stober法；乳液聚合法；超疏水；热稳定性；机械稳定性；自清洁-I-AbstractAbstractSuperhydrophobicsurfaceshaveimportantapplicationvalueinself-cleaning,anti-corrosion,antifouling,dragreduction,oil-waterseparationandotherfields.Inspiredbythe“lotuseffect”,therearemainlytwomethodstopreparethesuperhydro

8、phobicsurfaces:modificationofaroughsurfaceusinglow-surface-energycomponentsorfabricationofmicro/nano-structuresonalow-energy