超疏水自清洁涂层的制备及其性能研究

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1、工程硕士学位论文超疏水自清洁涂层的制备及其性能研究作者姓名朱蓉工程领域材料领域校内指导教师吴笑梅副教授校外指导教师马烨红高级工程师所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年1月Fabricationandpropertiesofsuperhydrophobicself-cleaningcoatingsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhuRongSupervisor：AssociateProf.WuXiaomeiSouthChinaUniv

2、ersityofTechnologyGuangzhou,China分类号：学校代号：10561学号：201521016475华南理工大学硕士学位论文超疏水自清洁涂层的制备及其性能研究作者姓名：朱蓉指导教师姓名、职称：吴笑梅副教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：材料工程研究方向：新型高性能建筑材料论文提交日期：2018年1月10日论文答辩日期：2018年3月16日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：2018年3月16日答辩委员会成员：主席：税安泽委员：吴笑梅、程小苏、钟明峰、诸葛顺金摘要近年来，超疏水表面由于其

3、特殊的润湿性和，引起了国内外学者的广泛关注。科学家通过对自然界超疏水生物进行微观分析，发现这些生物超疏水表面的形成离不开两个关键因素，一是提供较高表面粗糙度的微纳复合结构，二是低表面能的薄膜。基于仿生学的角度和Wenzel、Cassie及Baxter等科学家针对超疏水状态建立的理论依据，科研人员制备出了各种超疏水材料并取得了良好的应用效果。目前超疏水表面的制备主要存在工艺繁琐、设备特殊及不适合大面积基体、不耐机械磨损及其导致的疏水维持性差等缺点，影响了超疏水材料的推广应用。本论文首先采用普通纳米颗粒自组装形成的微纳复

4、合结构提高基体的粗糙度，用PS树脂降低基体表面能和提高无机组分与基体间的粘结力，通过线棒涂敷工艺在多种基体表面制备出了静态接触角（ContactAngle，简称CA）大于150°、滚动角（Slide，简称SA）小于10°的超疏水自清洁涂层，不仅有效的解决了目前超疏水表面制备方法中存在的缺点，还首次探究了其在混凝土表面防护方面的应用。其次，率先提出利用自身具有微纳复合结构、可见光光催化活性的卤氧化铋3D微球代替普通纳米颗粒，有效地解决了普通纳米颗粒自组装形成微纳复合结构的尺寸不可控的问题，不仅进一步提高了涂层的疏水性能

5、，还拓宽了涂层的光催化降解有机物和反射隔热的功能。本文的主要研究内容和结果包括以下方面：（1）研究了疏水改性剂的种类对粉体及涂层疏水性的影响，研究了纳米二氧化硅粉体用量对涂层表面粗糙度及疏水性的影响。通过对比FAS、HMDS、OTCS及HTS四种改性剂，发现由FAS疏水改性的SiO2疏水性最好，其CA为137.8°，对应的超疏水涂层的CA最高为159.5°。涂层疏水性随粉体用量增加而增强，当粉体用量为4wt%时，便能制备出CA为158.2°、SA为8.7°的超疏水涂层。（2）探讨了涂层疏水性对混凝土表面防护性能的影响

6、。随着涂层CA的增大，其对混凝土的表面防护作用也随之增强，与空白试件相比，涂覆10wt%FAS-SiO2超疏水涂层的试件CA由28.8°增至155.6°，而试件96h吸水量降低了27.12%、6h电通量降低了51.39%、50mm深度处的氯离子浓度降低了42.3%。（3）研究了卤氧化铋3D微球的形貌、用量对涂层粗糙度及疏水性能的影响。微球I表面生长的纳米片越多且纳米片团簇的越紧密，涂层疏水性越好。其中由表面纳米片团簇较疏松的BiOBr微球和纳米片团簇较紧密的BiOBr0.125Cl0.875微球制备的涂层CA值分别为

7、160.2°、168.5°，SA值分别为4.9°、3.2°。（4）研究了卤氧化铋涂层的可见光光催化自清洁及隔热性能。发现所制备的涂层15min便能降解约91%的罗丹明B染料。卤氧化铋3D微球的近红外反射率为85.96-93.69%，与仅涂覆PS树脂的铝片相比，涂覆卤氧化铋涂层的铝片其上表面温度下降了4.1-8.6°C，保温箱内部温度降低了1.2-3.9°C，表现出较好的隔热效果。关键词：超疏水；自清洁；二氧化硅；卤氧化铋；光催化；反射隔热IIAbstractInrecentyears,superhydrophobic

8、surfaceshaveattractedsignificantattentionofsciencitistsduetoitsspecialwettabilityanditspotentialapplication.Throughthemicroscopicanalysisofsuperhydrophobicorganismsinnature,