含氟双疏涂层的制备及其润湿性研究

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新材料是科技进步的基石,仿生功能一体化材料的研发是21世纪材料研究的前沿课题和热点。双疏(疏水疏油)材料,尤其是超双疏材料,因具有广泛的实际应用价值而引起人们越来越多的关注。采用简单方法制备低成本超疏水、超疏油涂层的研究国内外报道甚少,也未见这种双疏、超双疏复合涂层显著耐摩擦磨损的研究报道。因此,基于工艺手法、材料和经济等原因,含氟复合涂层材料及其优良的耐摩擦磨损性能被寄予厚望。本文采用简单方法制备了含氟复合双疏涂层,酸蚀刻处理铝板后对该涂层的疏水疏油性能进行了初步探索。采用喷涂工艺,以NH4HCO3为造孔剂,制备的PPS基、多孔PPS基复合超双疏涂层具有低成本、耐高温、耐摩擦磨损等优良特性,结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱检测(FT-IR)、热重(TGA)分析、销盘式摩擦磨损试验机等对PPS基复合涂层进行多角度的观察和分析。论文的主要研究内容和结论如下:(1)以蚀刻的铝基板为基底,以低表面能物质(含氟聚合物A)进行修饰,使之具有疏水、疏油性。结果表明,固体表面的纳微复合结构为双疏表面的形成提供结构支撑;碳管特殊的一维管状结构提供了有效的空间支架,对固体表面的不润湿性起到一定的支撑作用;低表面能物质的修饰,更有利于双疏表面的形成。(2)采用纳微复合结构和低表面能物质所制备的PPS基复合涂层,具有良好的超双疏、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦磨损性能。结果表明,当含氟聚合物B含量为43wt%时,加入少量的表面活性剂A,涂层对水、甘油、乙二醇、原油、油水混合物的接触角为173°、156°、153°、148°和152°。此外,涂层的耐腐蚀性和热稳定性十分优异。不同含氟聚合物B含量的涂层,直到摩擦磨损实验进行30h后,PPS/43wt%含氟聚合物B/PEEK涂层仍完好无损,同时,磨损面上对水、甘油、乙二醇仍能保持双疏的特性。(3)以NH4HCO3为造孔剂,制备多孔PPS基超双疏复合涂层,并对其表面结构、耐摩擦磨损等性能进行研究。结果表明,以NH4HCO3为造孔剂的PPS基复合涂层具有良好的超双疏性,当NH4HCO3含量为5wt%时,对水、甘油、乙二醇的接触角分别为162°、158°和152°。此外,多孔PPS基超双疏涂层具有优良的耐摩擦磨损性,当NH4HCO3含量为5wt%-10wt%时,经1000目的砂纸打磨10000次后,涂层仅有轻微磨损痕迹。
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