SiO2复合薄膜改性及DDS修饰的搪瓷表面疏水性能研究

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二氧化硅涂膜技术近几年持续升温,实验对象也遍及无机和有机材料的各个种类。以陶瓷、玻璃、化纤、金属为载体制备的SiO2薄膜的研究均有资料报道,但采用水热法在搪瓷表面制备SiO2复合薄膜的研究相关文献报道却没有。本论文中,首先介绍了搪瓷制品的现状与发展趋势,然后查阅并分析了现有的疏水相关理论和研究成果,以及一些制备疏水薄膜的方法,在此基础上提出了本研究的主要内容:利用有机与无机复合技术,通过适当的手段在搪瓷表面构建微纳米多级结构,获得类似荷叶表面的疏水薄膜。即首先用微纳米无机化合物构造出一个粗糙的表面,然后用低表面能的有机物进行修饰,来制备超疏水搪瓷材料。实验部分主要采用水热法,通过反应釜中高温高压条件在搪瓷表面制备了SiO2复合薄膜,再利用二甲基二氯硅烷对其修饰,最终得到疏水搪瓷。系统地研究了水热反应时间、反应温度、反应溶胶配比、DDS加入量等因素对薄膜疏水性能的影响。使用视频接触角测量仪测量搪瓷表面的接触角,并通过FE-SEM,FTIR等测试方法对搪瓷表面的形貌与化学结构进行了分析,最后对搪瓷表面进行光泽度、白度、耐酸度、耐候性等性能测试。研究结果表明最佳反应条件为:水热反应温度范围为200-220℃,水热反应时间为12-14小时,最佳化学组成配比为:SiO2酸溶胶与SiO2碱溶胶配比为4:6,SiO2溶胶与AlCl3溶液配比为7:10,SiO2溶胶与ZnCl2溶液配比为1:1,DDS加入量为1ml(50ml乙醇)。二氧化硅碱溶胶、氯化铝与氯化锌溶液的加入可以明显提高搪瓷表面的疏水性能,原因在于其提高了薄膜表面粗糙度,在搪瓷表面成功地构建微纳米多级结构,获得类似荷叶表面的疏水薄膜。DDS在提高疏水性能中起着重要作用,原因是它可以与无机颗粒交联,从而降低薄膜的表面能。通过光泽度和白度测试,SiO2复合薄膜对搪瓷的光泽度与白度影响很小,不影响搪瓷表面实际观感度。耐候性实验进一步表明,经过表面改性的搪瓷在室内环境下可以长时间保持良好的疏水效果,在室外环境下下降比较明显。本论文研究表明:应用水热法可以制备疏水易清洁搪瓷。粗糙表面与低表面能是制备疏水表面的两大因素。因此,SiO2复合薄膜的微观结构以及薄膜表面的化学组成决定了搪瓷表面的疏水性能。
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