超疏水涂层的制备及应用研究

本文在玻璃基材上采用空心玻璃微珠与正硅酸乙酯复合,经含D4开环产物的物质修饰后,得到了接触角为151.7±1°的超疏水涂层,研究了空心玻璃微珠用量对涂层接触角和透光性的影响,研究了正硅酸乙酯用量对涂层接触角的影响,涂层的耐热性能。以铝合金为基材制备超疏水涂层时,采用盐酸腐蚀铝合金的方法,经有机硅改性后制得的超疏水涂层接触角能达到155.4±1°,而经十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷(G502)改性后接触角略低,讨论了腐蚀铝合金的时间对接触角的影响,有机硅合成的工艺对涂层的耐洗刷性能的影响,及涂层的耐热性能。研究结果表明,空心玻璃微珠的用量对涂层接触角影响较大,正硅酸乙酯的用量对涂层粒子间作用力的影响较大。空心玻璃微珠的用量较少时,涂层粒子间的距离较大,涂层接触角较低,当空心玻璃微珠的用量达到1.2wt%,涂层接触角达到151.7±1°。随着空心玻璃微珠用量的增加,涂层的透光性能下降。经过耐热性能测试表明,涂层在200℃条件下处理后仍具有很好的疏水性,在300℃处理下涂层转变为超亲水。当盐酸浓度为3.3wt%,盐酸腐蚀时间对形成铝合金超疏水表面具有重要的影响;腐蚀时间为3小时,铝合金表面形成复杂的微纳米复合结构;盐酸浓度越高,反应所需时间越短。采用G502修饰腐蚀后的铝合金表面,得到的疏水表面与水的接触角为143.7±1°,但试样的刷洗测试结果表明,其耐刷洗性能不佳,说明G502与铝合金基体的结合强度不高。采用有机硅修饰腐蚀后的铝合金表面,疏水表面与水的接触角达到155.4±1°,疏水表面具有较好的耐刷洗性能,经过5000次刷洗测试后,接触角仍能保持130°左右。用有机硅修饰的表面在耐热性能方面表现优良,疏水涂层的耐热温度可达280℃,当环境温度达到310℃后,有机硅开始分解,疏水表面与水的接触角降低。本论文还对铝合金管内流体的流动性能进行了研究,分析了水在超疏水管和普通管内的流动过程,试验表明超疏水管对水的流动具有流体减阻特性,水在疏水表面发生滑移,试验计算的减阻率最大能达到84.5%。