有机/SiO2复合薄膜的制备与疏水性能研究

论文摘要

浸润性是固体表面的一个基本性质,在工业、农业、日常生活等方面有广泛的应用。固体表面的浸润性主要受固体表面的几何结构和表面能影响,所以对浸润性的研究主要集中在构建疏水性表面的微-纳米结构和降低其化学能等。本文并利用溶胶-凝胶法制备了不同的有机/无机杂化疏水表面和疏水白炭黑,并初步研究了其在表面疏水领域的应用。具体研究内容如下：1.用硅酸乙酯（TEOS）和六甲基硅氮烷（HMDS）为原料,采用溶胶-凝胶法制备了有机/SiO2杂化二氧化硅溶胶,探索了温度、加入水量、HMDS的量等影响因素对杂化溶胶性质的影响,并采用浸渍-提拉方式在不同基质表面构筑了复合透明疏水表面。溶胶在玻璃表面成膜后,接触角达到157°,在可见光范围内疏水玻璃的透光性在89%以上,且具有很好的热稳定性。同时,该溶胶在纸张和金属铝箔上成膜后,表面也表现出很好的疏水性和透明性。实验无需添加额外的碱作为TEOS水解的催化剂,节约成本,而且制备的杂化溶胶具有很好的稳定性,存放一段时间后仍可以在不同基质表面成膜,得到透明的疏水表面。2.以无机铝盐AlCl3为原料制备氢氧化铝溶胶。将氢氧化铝溶胶和杂化二氧化硅溶胶混合制备硅铝混合溶胶,探索了硅铝比例、混合溶胶的浓度对溶胶涂层后的疏水性的影响。用浸渍-提拉法将混合溶胶在书写纸上成膜,可以得到透明疏水表面。水滴在其表面的接触角为147°,并具有较小的滚动角,将其在水中浸没5min后仍具有较好的疏水性。3.本章以廉价的硅酸钠和十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷（G502）为原料,采用溶胶-沉淀法制备出纺锤形疏水白炭黑。实验中先将G502在一定的pH值下水解得到预水解液。实验研究了硅酸钠溶液的浓度、G502预水解液的加入量对粒子大小的影响,结果表明不同实验条件下得到大小不同纺锤形粒子,但是纺锤形二氧化硅粒子的长短轴比例一定,并对不同条件下制备的疏水型白炭黑进行活化指数的测定,结果表明随着预水解液的增多产品的活化指数逐渐增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 自然界中的疏水现象
• 1.2 疏水表面的概述
• 1.2.1 润湿性的基本原理
• 1.2.2 滚动角
• 1.3 制备透明疏水表面方法
• 1.3.1 溶胶-凝胶法
• 1.3.2 纳米粒子沉积和化学气相沉积
• 1.3.3 刻蚀
• 1.3.4 模板印刷技术
• 1.4 疏水表面的应用
• 1.4.1 自清洁表面
• 1.4.2 金属表面的防腐
• 1.4.3 纸质文件档案的保护
• 1.5 疏水型白炭黑的研究进展
• 1.5.1 疏水型白炭黑的制备方法及应用
• 1.6 本论文设计思想及内容
• 1.6.1 有机硅/无机硅杂化溶胶的制备及应用
• 1.6.2 混合溶胶的制备及其应用
• 1.6.3 纺锤型疏水白炭黑的制备
• 参考文献
• 第二章 杂化二氧化硅溶胶的制备及应用
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 实验试剂
• 2.2.3 实验方法
• 2.2.3.1 杂化二氧化硅溶胶的制备
• 2.2.3.2 玻璃基片的清洗
• 2.2.3.3 透明疏水薄膜的制备
• 2.2.3.4 静态接触角测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 水的添加量对溶胶形成及玻璃表面润湿性的影响
• 2.3.2 不同温度对疏水液制备及玻璃表面润湿性的影响
• 2.3.3 不同HMDS含量对玻璃表面润湿性的影响
• 2.4 透明杂化溶胶的形成机理分析
• 2.5 杂化溶胶的测试表征
• 2.5.1 粒径分析和扫描电镜分析
• 2.5.2 红外分析
• 2.5.3 热重分析
• 2.6 杂化二氧化硅溶胶的应用
• 2.6.1 杂化溶胶在玻璃表面的应用
• 2.6.2 杂化溶胶在纸张和金属铝箔表面的应用
• 2.7 本章小结
• 参考文献
• 第三章 复合硅铝溶胶的制备及应用
• 3.1 引言
• 3.2 实验步骤
• 3.2.1 实验仪器
• 3.2.2 实验试剂
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.3.1 氢氧化铝溶胶的制备
• 3.2.3.2 复合硅铝溶胶的制备
• 3.2.3.3 纸张的剪裁及处理
• 3.3 实验结果及讨论
• 3.3.1 不同的Si/Al比例对实验结果的影响
• 3.3.2 Si/Al混合溶胶的浓度对表面疏水性质的影响
• 3.4. 最佳条件下制备的疏水纸张的表征
• 3.4.1 纸张施胶度测试
• 3.4.2 SEM和CA
• 3.4.3 纸张处理前后的湿润性对比
• 3.4.4 疏水涂层对纸张的保护作用
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 沉淀法制备纺锤型疏水白炭黑
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂与实验仪器
• 4.2.2 实验步骤
• 4.2.2.1. 预水解液的制备
• 4.2.2.2. 纺锤型二氧化硅的制备
• 4.3 实验条件的探索
• 4.3.1 预水解液的量对粒子大小的影响
• 2粒子粒径的影响'>4.3.2 硅酸钠溶液的浓度对SiO₂粒子粒径的影响
• 4.3.3 G502和乙醇对粒子生成的协同作用
• 4.4 纺锤形二氧化硅粒子的形成机理
• 4.5 产品的XRD分析
• 4.6 IR分析
• 4.7 TG分析
• 4.8 纺锤形疏水二氧化硅活化指数测定
• 4.9 本章小结
• 参考文献
• 硕士期间发表论文
• 致谢