超疏水涂料的简易制备与应用研究

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1、硕士学位论文超疏水涂料的简易制备与应用研究作者姓名邓万顺学科专业材料物理与化学指导教师邓文礼教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年5月FacilePreparationandApplicationResearchofSuperhydrophobicCoatingsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WanshunDengSupervisor：Prof.WenliDengSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China摘要润湿性是一个非常重要的材

2、料表面性质，它能对材料的应用产生极大的影响。制备具备特殊浸润性的材料或对材料表面进行浸润性改性能拓宽其应用领域。受到很多自然界超疏水表面，例如荷叶和水黾表面的影响，人们制备了类型多样的超疏水材料，并成功将其应用于表面自清洁和抗污、油水分离和抗腐蚀等各种领域。在制备超疏水材料时，通常需要有粗糙的表面和低表面能物质的修饰。简化超疏水材料的制备过程和提高其物理稳定性对其的广泛应用有着很大的现实意义。本论文通过利用常见的物理化学手段制备了无机和有机的微米和纳米涂层，将其沉积到不同的材料表面得到了分级的粗糙结构，通过无氟的疏水修饰剂的修饰而得到了超疏水涂料，并成功将其应用于自清洁

3、、油水分离和抗腐蚀等方面。本学位论文的研究工作包括：（1）通过用水热法制备微米级别的勃姆石颗粒，然后通过无氟疏水修饰剂正十二酸的乙醇溶液对其进行疏水改性，最后将其沉积到不同的材料表面，得到了接触角（CA）大于150°且滚动角（SA）小于8°的超疏水表面。由于正十二酸修饰的勃姆石材料（LAMB）特殊的粗糙结构，这种涂层可以对表面张力在38.2–72.6mN/m区间各种液滴包括水、乙二醇和甘油表现出完全的不浸润性，这使得它具备非常优异的超疏液性质。此外，LAMB也能很好地抵挡各种热液的浸润。这些特殊的浸润性质使得它有着优秀的自清洁和抗污表现，能让被修饰表面表现出对各种污染液

4、体的不浸润性。LAMB也有着良好的抗腐蚀性能，对于pH值从1到14的各种酸碱液体都能表现出超疏液性质。更为重要的是，LAMB涂层由于有一层胶水的粘结作用而有着极好的物理稳定性，在砂砾撞击实验中有着良好的表现。（2）通过直接用市场上常见的氢氧化铜纳米材料与正十二酸的乙醇溶液一步反应得到了LAMC超疏水涂料，并成功将其喷涂到各种二维和三维的材料表面完成超疏水的改性。经过表征，LAMC超疏水材料不仅具有在空气中的超疏水性能，也能实现在油下的对水的完全不浸润性（在十六烷中与水的接触角为160°）。在此基础上，LAMC修饰的表面都表现出优异的抗污性能和在空气中以及油下的自清洁效果

5、。当把LAMC涂料沉积到铜网上时，它能实现各种油水混合物的有效分离，对于轻油或重油与水的混合物的分离效率都大于99%，且其分离的速度都大于7.0L/(m2·s)，表现出很高效的分离性I能。当把LAMC沉积到三维的多孔海绵上时，它表现出对水面上和水下的各种油污的高度选择性吸收特性，且对于各种有机液体的吸收能力都达到50倍其本身的质量，表现出很好的吸收能力。同时，由于表面有一层粘结剂的，LAMC在被修饰的表面上也有着很好的耐砂砾撞击的性质。（3）利用疏水性的高分子丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）的二氯甲烷溶液通过一步喷涂的方法制备无氟环保型超疏水材料。通过改变ABS的

6、浓度确定了最佳的制备超疏水材料的方法（ABS-24），成功将其喷涂到不同表面形貌的材料表面，完成了超疏水的改性。当把ABS-24喷涂到滤纸上时，通过SEM表征发现它的微观结构为具有分级结构和多孔结构的特殊表面，且孔径小于用表面活性剂稳定的油包水乳液的悬浮液滴的粒径，因此可以用来实现油包水乳液的分离。ABS-24对于各种用span80稳定的油包水乳液的分离效率都大于99.90%且分离速率都大于2000L/(m2·h)，表现出极佳的分离性能。此外，ABS-24对于有机试剂的稳定性也非常好，具有实际应用的可能。关键词：超疏水；勃姆石；超疏液；一步法；油下超疏水；油水分离；AB

7、S涂料；乳液分离IIAbstractWettabilityisaveryimportantsurfacepropertyofmaterials,whichcanaffecttheusageofmaterialtoalargedegree.Preparationofmaterialswithspecialwettabilityorwettabilitymodificationofmaterialswillbroadentheirapplicationareas.Inspiredbymanynaturalsuperhydrophobicsur