SiO2/苯丙乳液杂化涂层的制备与研究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

在20世纪晚期,为满足用作古文物的保护涂层、光电转换的保护薄膜等应用需要,以提高制品的耐用性、保留其外观形貌、降低其自身维护成本,受到自然界多类具有自清洁功能生物的启发,具有自清洁功能的涂层成为研究热点。据报道,根据植物表面结构衍生出具有自清洁功能的涂层主要分为两大类:疏水性涂层和亲水性涂层。因疏水性涂层在成自清洁涂层、微流体、不透水纺织品等方面的应用潜力和价值,此类相关研究较多。为确保制备疏水涂层的成功制备,具有超疏水表面和纳米级粗糙度成为必要条件。目前,制作疏水涂层方式大致可分为两大类:一类是用具有低表面能的材料制备粗糙表面,如含硅树脂、碳氟化合物、烷基酮、聚碳酸酯、聚酰胺、 SiO2 、 ZnO 和 TiO2 等;另一类是利用制备工艺对粗糙表面用低表面能材料进行改性,如水热反应、电化学沉积、静电纺丝、蚀刻和化学气相沉积、溶胶凝胶法和聚合反应等[1-4]

近年来,由于具有优异的力学、光学、疏水性能和热稳定性,有机/无机复合材料获得大量研究,并已广泛应用于疏水涂层、功能涂料、太阳能电池等领域。在制备疏水涂层领域,多借助溶胶凝胶法将无机纳米颗粒与有机聚合物相结合以获得良好的综合性能。Ch. Koti Reddy 等人[5]在制备疏水聚氨酯薄膜中,加入 SiO2 与 PTFE 合成的纳米复合颗粒形成了薄膜的粗糙表面,使其水接触角增至94°。在多类纳米颗粒中, SiO2 纳米颗粒可提升制品力学性能、热稳定性、耐磨性、有机组份耐用性等性能,其在有机/无机复合材料中应用最为广泛。但由于纳米 SiO2 表面积大,表面存在许多 —SiOH 基团,因处于热力学非稳态易团聚,导致颗粒分散性差、粒径分布广、与其他材料的相容性差等[6]。与此同时,氟化聚合物因具有超低表面能、疏水性、低可燃性、热稳定性、生物相容性等优越性能,被用于特种涂料,生物涂料及防火涂料等[7]。而氟化单体较高的市场价格限制了其使用,使得研究更多聚焦于氟化聚合物。为解决氟化聚合物存在的基材黏合强度低、耐低温性差等缺点,可通过引入含硅功能基团进行改性[8,9]。可见,引入含硅与含氟等低表面能基团对疏水性乳液及薄膜的制备方法和性能表征十分重要。

如今,二氧化硅/氟化聚合物复合材料主要由两种方式制备而成[10]:一种简易型的是将工业或水解二氧化硅分散至有机溶剂中,例如,将二氧化硅与氟化聚合物溶液在氯仿溶剂中简单混合,制备了超疏水性涂料[11]。此类方法存在使用有机溶剂易带来环境污染,以及纳米颗粒与乳液结合力较弱等弊端。另一种环境友好型的方法是利用乳液聚合,将纳米 SiO2 与聚合单体混合。

乳液聚合按聚合方法主要分为传统乳液聚合和特种乳液聚合两类,按工艺又可分为间歇法、半连续法及连续法。Zheng 等人[6]采用传统乳液聚合,将 SiO2 与 PTFE 乳液相混合,经过固化后形成二氧化硅网络均匀覆盖 PTEF 颗粒的杂化涂层。

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