聚硅氧烷超疏水膜的制备

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:robertruntian
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在自然界中有许多的生物具有特殊的表面润湿性,典型的如荷叶表面的自清洁性能,受其启发,超疏水表面的研究成为近年来的热点之一,其突出的自清洁和抗粘附性能,可以应用于日常生活、工业生产和生物方面。超疏水表面是指与水的静态接触角大于150°,而滚动角小于10°的表面。许多研究证实,微米级和纳米级的粗糙结构,结合低表面能材料的可以制备超疏水表面。有机硅氧烷作为常见的低表面能物质,具有耐氧化、无毒、环保和抗辐射等特性,是构建超疏水表面的理想材料。  本文首先采用低沸点、易挥发的三氯甲基硅烷(TCMS)为主要化学试剂,在自制的密闭反应容器内,通过常温常压气相沉积反应,在处理过的活化玻璃基底和涂覆有二氧化硅的玻璃基板上,形成了纳米丝状的超疏水聚硅氧烷层。研究了气相沉积反应的相对湿度、温度以及二氧化硅分散液的浓度和提拉次数对玻璃基板和二氧化硅涂膜的玻璃基板表面润湿性的影响。结果表明,最佳实验条件是反应温度30℃、相对湿度30%以及反应时间12h,此时在玻璃基板表面形成直径50-100 nm的粗细不一的纳米丝结构,而在SiO2涂膜玻璃基板表面上形成直径20 nm左右均匀的纳米细丝结构,其接触角分别达到153°和158°。沉积后的玻璃基板和涂膜玻璃基板都有很好的透光性,在可见光范围内沉积后的玻璃基板平均透光率超过85%,SiO2涂膜玻璃基板平均透光率超过80%。  本文还以中性硅酮胶为原料,将其溶解在石油醚溶剂中形成溶液,用玻璃片浸渍提拉成膜,然后将其在温度300-450℃范围内热处理,得到超疏水聚硅氧烷膜。本实验研究了硅酮胶溶液涂膜的提拉速度、质量浓度、热处理温度和时间对涂膜表面润湿性的影响。结果表明,当浓度溶液0.05 g/mL时,提拉成膜的样品置于马弗炉中,以5℃/min的升温速率,升到450℃并保温1h,自然冷却后可以得到接触角160°,滚动角小于2°的超疏水涂膜,该涂膜表面是由粒径约为25 nm的球状颗粒堆积而成的微纳米结构。红外分析表明,热处理后的涂膜仍然含有烷基基团。这些表面烷基基团提供低表面能特性与热处理后形成的微纳米结构,共同构成了表面涂膜的超疏水性能。紫外可见光谱表明薄膜在可见光范围内最高透光率达到87%。该方法制备的涂膜玻璃片在pH=3的盐酸溶液中,经过20天的浸泡仍然有疏水性能,接触角为110°。此外,将涂膜铁片和涂膜不锈钢片进行72 h的酸雾腐蚀试验,结果表明,聚硅氧烷涂膜具有一定的防腐性能。  本实验方法具有操作简便,成本较低,重复性强,环保无污染等优点,为简单易行地构造具有微纳米结构的超疏水表面提供新思路。所制备的超疏水膜在透明自清洁表面和抗腐蚀涂膜等方面有潜在应用前景。
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