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1、仿生超疏水涂层的制备1实验目的1）了解仿生超疏水涂层的设计原理2）掌握环氧树脂改性处理2实验原理超疏水表面技术的理论研究始于20世纪40年代，盛90年代。由于超疏水膜在国防、日常生活和众多工业领域有着广泛的应用前景，所以其研究备受关注。为此开发了许多新的制备技术，以求表面获得超疏水性能。超疏水表面已在自然界生物的长期进化中产生,许多动植物(如荷叶、水稻叶、蝉翼和水黾腿)表面具有超疏水和自清洁效果,最典型的代表是所谓的!荷叶效应(lotuseffect)!。超疏水表面是指与水的接触角大于150∀而滚动角小于10∀
2、的表面。Barthlott和Neinhuis通过观察植物叶表面的微观结构,认为自清洁特征是由粗糙表面上微米结构的乳突以及表面的存在蜡状物共同引起的。认为荷叶表面微米结构的乳突上还存在着纳米结构,而这种纳/微米阶层结构是引起表面超疏水的根本原因。固体表面超疏水性是由固体表面的化学成分和微观几何结构共同决定的。通常,制备超疏水表面有两种途径:一种是在具有低表面能的疏水性材料表面进行表面粗糙化处理;另一种是在具有一定粗糙度的表面上修饰低表面能物质。由于超疏水涂层独特的表面特性和潜在的应用价值而成为功能材料领域的研究热
3、点,并获得越来越广泛的应用。在天然的和人工合成材料中,光滑表面从未能表现出超疏水性。制备超疏水表面的方法包括:刻蚀法、溶胶-凝胶法、模板法、相分离法、自组装、气相沉积法等。通过碳纳米管、纳米粒子、纳米纤维金属氧化物及其合金材料等,可以制备草莓状、蜂窝状、菜花状、山沟状等各种形貌的粗糙表面。但是目前报道的超疏水表面的制备方法大多需用到特殊的设备和价格昂贵的氟硅化合物,不适于制备大面积超疏水表面涂层。因此,迫切需要开发简单可行、环保经济的制备方法。超疏水表面的理论还不完善,应该加强超疏水表面理论模型的研究,优化影响
4、表面微观结构生成的技术参数,进一步指导超疏水表面的设计。超疏水涂层在应用方面也存在一些问题,如容易被油性物质污染,达不到自清洁的效果,应开发同时具有超疏水和疏油特性的涂膜;此外,涂层表面粗糙度会降低其机械强度,导致其超疏水性难以持久。因此,在超疏水薄膜的大面积制备中应加强低表面物质与粗糙度的调控。为此,通过在环氧涂料中加入具有疏水作用的表面活性剂和微米轻质碳酸钙颗粒改变涂料的表面状态,在碳钢表面制备了具有仿荷叶表面结构的疏水涂层。利用扫描电镜和接触角测定仪对涂层的表面形貌和疏水性能进行了表征。研究表明:涂层的结
5、构与荷叶表面的的乳突结构具有较好的一致性,水滴在涂层表面的接触角得到了显著提高;涂层具有良好的疏水功能。环氧树脂是一类重要的热固性塑料，广泛用于黏合剂，涂料等用途。又称作人工树脂、人造树脂、树脂胶等。人造树脂(Epoxyresins ／Epoxy／ polyepoxide)是热固性环氧化物聚合物。大多数人造树脂由氯环氧丙烷（epichlorohydrin）（C3H5ClO）和双酚A(酚甲烷)（bisphenol-A）（C15H16O2）產生化学反应而成.凡分子结构中含有环氧基团的高分子化合物统称为环氧树脂。固化
6、后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变定收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定，因而广泛应用于国防、国民经济各部门，作浇注、浸渍、层压料、粘接剂、涂料等用途。3实验仪器与试剂仪器：试片为45钢,（规格为50mm25mm2mm。用金相砂纸打磨试样至表面无明显划痕,用5%NaOH溶液除油、10%HCl除锈后，用清水冲洗干），保险刀片一枚,电热鼓风箱，秒表：分度为0.2秒天平：感量为0.01g，玻璃培养皿：直径75~80毫米，
7、边高聚物8~10毫米温度计：0~200℃，0~300℃，四倍放大镜，漆刷：宽25~35毫米，附着力测定仪，冲击试验器。试剂：环氧树脂（一瓶或一罐），NAOH溶液，HCL溶液，十八烷基胺，芳香胺，正丁醇，二甲苯，轻质碳酸钙粉末（这些各一瓶）4实验步骤1）涂料改性将二甲苯、正丁醇以41混合作为稀释剂;十八烷基胺、芳香胺以12混合后,加入适量的稀释剂后加热直至完全融化;待已熔化的十八烷基胺、芳香胺混合液冷却后,以110的比例加入至环氧树脂(预先制备好的)中,搅拌均匀,根据涂料黏度可再加入适量的稀释剂。所有试剂均为分析
8、纯。2)轻质碳酸钙涂液制作将已熔化的十八烷基胺、胺混合物及稀释剂倒入盛有轻质碳酸钙粉末的烧杯中,搅拌均匀后,冷却至室温。3）试片涂覆将碳钢试片浸入环氧涂料中,涂覆均匀后取出;再涂覆轻质碳酸钙粉,厚度以盖住涂料为宜。将涂覆好的试片放在150的DH101电热恒温干燥箱中加热烘烤30min,再升温至200,直至完全固化。4）涂层性能表征为增加涂层导电性,对试片表面喷金,喷金厚度约5nm,再利
