基于废弃凹凸棒石超疏水/超双疏涂层的制备及性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:gaoqiongfang
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近些年来受自然界生物的启发,超疏水和超双疏涂层因其特殊的润湿性而备受关注,在自清洁、防覆冰、防腐蚀、减阻和油水分离等领域有广泛的应用前景。超疏水涂层制备技术快速发展,包括化学气相沉积法、刻蚀法、静电纺丝法等,但存在制备过程复杂、成本昂贵和无法大面积制备等缺陷。为了解决上述问题,本文以脱色废土(SBE)为原料,采用喷涂法构建构筑性能优异的超疏水、超双疏涂层,同时解决脱色废土的回收再利用问题。SBE是凹凸棒石(APT)作为脱色剂对植物油进行脱色吸附后的废弃黏土。SBE的处理方式一般是被掩埋或者与煤混合作为燃料使用。这样的处理方式不仅是对APT资源的浪费,而且会对环境造成了二次污染。APT是一种天然的一维纳米材料,SBE中主要的成分也是APT,同时包括一定量的油脂、维生素、脂肪等含碳有机物。因此,本文将SBE进行碳化处理获得凹凸棒石/碳复合材料(APT/C),在APT的表面负载碳纳米粒子,形成微-纳结构。因此,APT/C可作为构筑超疏水、超双疏涂层的微观结构的理想骨架材料。将APT/C复合材料分散在乙醇溶液中,在氨水的催化作用下用十六烷基三甲氧基硅烷(HTDMS)进行表面修饰,反应2 h后HTDMS在APT/C复合材料表面形成聚硅氧烷(POS),获得APT/C@POS悬浮液;再将悬浮液采用喷涂的方式制备出超疏水涂层。该超疏水涂层具有高的水接触角(163.7°)和极低的滚动角(1.2°),同时还具有较高的机械、热和化学稳定性。这是因为APT/C复合材料被POS紧密地连接在一起,形成一种高度交联的网状结构。这为采用SBE制备高性价比的仿生超疏水涂层及SBE的高值化利用提供了依据。与超疏水涂层相比,超双疏涂层的制备条件更为苛刻。基于上述超疏水涂层的制备方法,选取低表面能的全氟硅基三乙氧基硅烷(PFDTES)对表面进行修饰。将正硅酸乙酯(TEOS)和PFDTES水解缩合修饰的APT/C复合材料的均匀悬浮液喷涂在玻璃片上获得超双疏涂层。该涂层对正癸烷的接触角和滚动角分别为154.2°和11.3°,同时具有良好的化学和热稳定性。APT/C复合材料、碳纳米粒子和含氟聚硅氧烷(fluoro POS)构筑了一种新的三维微-纳-纳米结构,对超双疏涂层的形成具有关键作用。APT/C复合材料与fluoro POS包裹交联使得涂层的稳定性明显改善。本文以SBE为原料,通过碳化制得APT/C复合材料,并进一步制得了性能优异的超疏水、超双疏涂层。这种方法在将废弃物回收再利用的同时获得新型微-纳米材料,也制得了性能优异的超疏水、超双疏涂,还降低了制备成本,具有工业化生产的潜能。因此,本论文为超疏水、超双疏涂层的制备及脱色废土的回收再利用提供一种新的思路。
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