研究简报聚苯乙烯接枝TiO2有机无机杂化超疏水涂层的制备

采用自由基聚合的方法,在经乙烯基三乙氧基硅烷(VTEOS)修饰的纳米TiO2表面上接枝聚苯乙烯(PS),而后制得PS-g-TiO2有机无机纳米杂化超疏水薄膜。利用场发射扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱仪对PS-g-TiO2进行了形貌和结构表征,并探讨了VTEOS修饰对TiO2纳米粉体表面浸润性能的影响。测试结果表明,纳米TiO2经VTEOS改性后所制备的PS-g-TiO2薄膜和仅用硅烷偶联剂修饰的TiO2薄膜都具有良好的超疏水性能,水滴在薄膜上的最大静态接触角分别为160°和154°,滑动角分别为3°和4°。     

微结构与表面修饰对二氧化硅多孔薄膜疏水性能的影响

通过引入聚乙二醇(PEG)改性传统二氧化硅(SiO2)溶胶,得到了粒径分布较宽且粒径可控的溶胶。比较了六甲基二硅氮烷(HMDS)溶胶内修饰和薄膜表面修饰以及溶胶粒径对SiO2薄膜疏水性能的影响。采用动态光散射粒度仪定量测试了二氧化硅溶胶老化过程中粒度的变化,用原子力显微镜、接触角测试仪、红外光谱仪、紫外-可见-近红外分光光度计分别对薄膜的表面形貌、表观静态接触角、薄膜成分及透光率等进行了测量。结果表明:PEG的添加可有效增大溶胶粒度从而增大薄膜的粗糙度,提高薄膜的疏水性。表面修饰效果受修饰方式和SiO2粒径影响,粒径较小时有利于溶胶内修饰,粒径较大时有利于对薄膜修饰。经过表面修饰剂(HMDS)的气氛处理得到了接触角为152°的超疏水薄膜,而且相比溶胶内修饰可以减小薄膜透光率的损失。     

疏水性有序介孔氧化硅薄膜的制备

采用溶胶−凝胶技术并结合蒸发诱导自组装工艺, 以三嵌段共聚物EO₂₀PO₇₀EO₂₀ (P123)为模板剂, 使用浸渍提拉法制备了有序介孔氧化硅薄膜, 并使用不同的表面修饰剂对薄膜进行表面处理, 制备了疏水性有序介孔氧化硅薄膜. 利用FT-IR、小角XRD、HRTEM分别表征薄膜的化学物种和孔结构, 探讨了热处理温度和老化时间对薄膜介孔结构的影响, 通过接触角测试研究薄膜的疏水性能, 考察了修饰剂种类、修饰浓度和修饰时间对薄膜疏水性的影响, 结果表明所制备的薄膜为高度有序的介孔氧化硅薄膜, 孔径大小约为8 nm|表面修饰对薄膜的有序性有一定影响, 经三甲基氯硅烷(TMCS)和g-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)修饰后的薄膜具有很好的疏水性能, 接触角分别为112°和96°|修饰后薄膜的水汽稳定性良好, 仍能保持有序介孔结构, 孔径达7.5 nm, 接触角达93°.     

聚乳酸/二氧化硅超疏水材料的制备及其性能研究

本研究采用硅烷偶联剂KH570化学接枝与硬脂酸(SA)物理包覆相结合的方法对纳米二氧化硅(SiO_2)进行有效改性,得到具有一定疏水效果并能在聚合物基体中有效分散的纳米填料,以聚乳酸(PLLA)为聚合物基体,通过非溶剂诱导相分离法制得了超疏水PLLA/SiO_2复合膜,其表观接触角由纯PLLA的120°提高到153°。研究还发现,填料含量不同,基体的结晶性能也不同,随着改性纳米SiO_2填料含量的增加,膜的结晶度从9.8%提高到17.19%,结晶度对材料表面粗糙结构的构建有重要作用,粗糙结构有助于表面疏水性能的提升。     

超疏水SiO_2粒子的制备和性能研究

采用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅进行改性,得到了疏水的二氧化硅粒子。通过红外光谱、粒径测试和扫描电镜得到了改性纳米二氧化硅的结构信息,通过接触角仪评定了改性纳米二氧化硅的疏水性能,通过热重测试对改性纳米二氧化硅的热稳定性进行了评估。结果表明,经过硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅均获得了一定的疏水性,三甲基氯硅烷与聚二甲基硅氧烷改性纳米二氧化硅的静态水接触角分别是为135.7°和142.3°。     

十八烷基三氯硅烷表面改性钛酸钾晶须

利用十八烷基三氯硅烷(OTS)的自组装对钛酸钾晶须(PTW)进行表面改性. 通过测定苯、乙二醇、水在OTS改性的PTW压片上的接触角, 计算了OTS改性PTW后的表面能和极性分量, 并与传统方法(PMMA包裹和KH560表面改性)改性的PTW进行比较, 结果表明, OTS改性的PTW具有更低的表面能和极性分量, 以及更好的亲油疏水性能. IR分析和色散分量测定表明, 改性后OTS的烷基链倾斜在PTW表面.     

溶胶凝胶法制备仿生超疏水性薄膜

通过溶胶-凝胶(Sol-Gel)法和自组装(Self-assembled)制备了具有超疏水性的薄膜, 水滴在该薄膜上的平衡静态接触角为155°～157°, 滑动角为3°～5°. 通过扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜微观表面, 发现该薄膜表面分布了双层结构(Binary structure)的微纳米粗糙度的微凸体, 上表层微米微凸体的平均直径为0. 2 μm, 下表层纳米微凸体的平均直径约为13 nm, 其分布与荷叶表面的结构极其相似. 用X射线光电子能谱(XPS)对薄膜表面元素进行了成分分析, 结果表明, 其表面存在大量的F, Cl等元素, 它能显著降低薄膜表面的表面能. 薄膜超疏水性的原因可能是, 通过硅片经溶胶粒子表面制备的薄膜具有合适的表面粗糙度, 再经过全氟辛基三氯甲硅烷(FOTMS)化学修饰后, 薄膜表面能进一步降低, 这两个条件的有机结合就使得薄膜产生了超疏水性.     

氨气腐蚀法制备黏附性能可控的超疏水铜表面

采用简单便捷的方法制备出了具有不同黏附性能的超疏水表面. 通过控制氨气对金属铜表面的腐蚀时间, 分别制备了具有微米球及微米棒状结构的表面. 利用低表面能氟硅烷(FAS)修饰后, 2种表面均表现出超疏水特性(接触角均大于150°), 然而其黏附性能却截然相反. 具有微球结构的表面呈现出高黏附特性, 而具有微米棒状结构的表面则显示出低黏附特性. 研究发现, 表面不同的微观结构导致了液滴在其表面上分别处于Cassie-impregnating wetting态及Cassie态, 从而呈现出了不同的黏附性能.     

基于点击化学反应的织物超疏水改性研究

基于巯基烯的点击化学反应,成功将γ-巯丙基三乙氧基硅烷(KH-580)与乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(vinyl-PDMS)接枝到织物上,制备出具有优异油水分离效果的超疏水织物。利用红外光谱、扫描电子显微镜、X-射线光电子能谱等对改性织物进行表征,并考察了其表面疏水性及油水分离性能。结果表明,得到的超疏水织物表面具有沟壑和条纹结构,接触角最高可达156°,滚动角最高可达2°。超疏水织物的油水分离效率最高为99.8%,并且在连续进行20次油水分离之后,依然保持99%的分离效率。     

微米/纳米结构对氟硅烷修饰氧化铝表面疏水性能的影响

以多孔氧化铝膜为基板,用NaOH溶液进行化学腐蚀,控制适当的条件,得到氧化铝微米/纳米表面结构.用氟硅烷分别修饰光滑氧化铝膜、多孔氧化铝膜及其微米/纳米结构表面,进行接触角测试、XPS成分分析和SEM结构表征.结果表明,氟硅烷修饰的微米/纳米结构表面对水的接触角(149°±2°)比光滑表面(101°±1°)和纳米孔洞结构表面(141°±2°)都高.     

多孔α-Al_2O_3载体上Silicalite-1膜的表面改性与选择性透醇分析

分别使用十二烷基三甲氧基硅烷(DMS)和硬脂酸(STA)对α-Al2O3载体上二次生长合成的silicalite-1膜进行修饰,提高其表面疏水性。红外光谱和接触角测试结果表明,改性剂以化学键的形式结合于分子筛膜表面,膜表面由亲水变为疏水。表面改性的最佳预处理温度为150℃,改性剂的最佳质量分数为10%。进一步研究了膜表面润湿特性和热稳定性,其中DMS改性后的分子筛膜在空气中经250℃高温处理后仍保持疏水性不变。在乙醇/水分离应用中,高温脱除模板剂后缺陷的孔径分布在1~5nm,表面改性后乙醇分离因子较改性前提高5倍,最高可达21.6。     

硅烷偶联剂表面修饰纳米氧化铝

硅烷偶联剂KH570在乙醇溶剂中以酸水溶液为催化剂进行水解后对纳米氧化铝进行湿法表面修饰改性。用灼烧法测定了粉体表面偶联包覆率,以此为指标研究了KH570的水解条件及其对偶联效果的影响。结果表明,酸种类等水解条件对偶联效果有很大影响;适宜的偶联剂水解条件为:草酸作催化剂,调pH值为3~4,室温下水解1h。适宜的纳米氧化铝表面修饰条件为:偶联剂质量分数4.5%,在45℃偶联5.5h。经红外光谱(IR)分析,氧化铝的偶联修饰机理为:硅烷偶联剂与纳米氧化铝表面的羟基发生化学键合,从而实现纳米氧化铝的表面修饰改性。改性纳米氧化铝在有机相中的分散性和稳定性均得到了改善。     

烯丙基化碳纳米管改善丙烯酸酯压敏胶的性能

本文利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)对多壁碳纳米管(MWNTs)进行修饰使其表面接枝上烯丙基官能团,与丙烯酸酯类单体进行原位聚合,制备了一种耐高温丙烯酸酯压敏胶(PSA)。 通过傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TGA)和扫描电子显微镜(SEM)表征了MWNTs和丙烯酸酯PSA的结构与性能,探讨了改性MWNTs的质量分数对PSA耐热性能和粘接性能的影响。 结果表明,与未改性的丙烯酸酯PSA相比,当改性MWNTs的质量分数为1.5%时,改性丙烯酸酯PSA的耐热性能和粘接性能最佳,热分解温度从360 ℃提高到了382 ℃,耐热温度从80 ℃提高到了155 ℃,初粘力、持粘力和180°剥离强度分别从2 h和13.66 N/(25 mm)(12号小球)提高到了27 h和17.34 N/(25 mm)(17号小球)。     

表面活性剂和硅烷偶联剂复合改性水滑石的表面性质

采用十二烷基硫酸钠(SDS)和3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、乙烯基三乙氧基硅烷(KH151)对锌铝水滑石进行有机改性,得到插层改性与表面改性结合的聚合物/锌铝水滑石复合材料。XRD、FTIR及计算机模拟的分析结果表明,SDS已垂直插入水滑石层间,层间距达到2.70 nm,KH550及KH151只是覆盖在水滑石表面,与层板表面羟基进行偶联。反相气相色谱的结果表明,复合材料的表面能(γsd)均比水滑石小,其中KH151-SDS-LDHs及KH550-SDS-LDHs的表面能较接近,由材料表面的酸碱常数,判断出SDS-LDHs表面趋于两性,KH151-SDS-LDHs及KH550-SDS-LDHs表面偏碱性,适于做碱性聚合物的填料。     

具有超疏水表面的硅/二氧化硅层次结构薄膜

目前报道的硅基材料的超疏水表面主要是通过制备粗糙微观结构,并在其表面修饰表面能相对较低的有机物两个步骤来实现的,在户外等实际环境中应用时存在由于表面修饰有机物的降解而逐渐失去超疏水性的问题.本工作以液态金属锡作为生长衬底,通过化学气相沉积(CVD)法制备了一种具有超疏水性能的硅基薄膜结构.利用扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM)以及X射线衍射(XRD)等手段对产物的表面形貌和组成结构进行分析发现,薄膜表面由竖直生长的硅/二氧化硅(Si/SiO2)核壳层次结构组成.采用Cassie理论模型对其超疏水性能的产生提出了可能的解释.发现构成薄膜表面的Si/SiO2层次结构单元的形貌是影响超疏水性能的重要因素.相对于以前报道的硅基材料的超疏水表面,这种新结构的超疏水性能不依赖于表面化学修饰,有望拓宽硅基材料的应用环境.     

超疏水滤纸的制备与应用

对SiO2纳米粒子进行硅烷化改性,再将其修饰到滤纸上,制备出静态水接触角＞150°的超疏水滤纸,对制备条件进行了优化。 用热重分析及扫描电子显微镜对超疏水滤纸表征后发现,二氧化硅纳米粒子在滤纸纤维表面形成一层包裹层,即纳米级粗糙结构,这种结构对滤纸的疏水性具有关键作用。 对滤纸的油水分离性能进行了研究,发现其对非均相体系和高粘度油水混合物具有很好的分离效果。     

超疏水碱式碳酸钴纳米线薄膜的制备及抗腐蚀性

以镍为基底,采用水热法在其表面制得碱式碳酸钴纳米线薄膜,用十二烷基硫醇进行表面修饰后其表现出超疏水性,水滴在其表面的接触角达到152.3°,滚动角接近5°.研究结果表明,薄膜表面微纳米阶层结构及低表面物质的协同作用使其呈超疏水性.与普通镍片和硫醇修饰前的碱式碳酸钴纳米线薄膜相比,超疏水碱式碳酸钴纳米线薄膜具有更好的抗腐蚀性.相关研究有望为超疏水金属表面的制备及其抗腐蚀性研究提供思路.     

基于TA-FeⅢ还原Ag离子构建木材疏水表面

本研究用一种简单、通用、快速的化学表面改性方法对木材进行疏水改性,制备的木材试件具有优异的疏水性能,具有拓展低值人工林木材应用范围的潜在能力。利用单宁酸(TA)与三价铁离子(Fe^Ⅲ)配位形成的TA-Fe^Ш复合涂层的粘附性以及TA中游离邻苯二酚/邻苯三酚良好的还原能力,将金属Ag离子原位还原为Ag纳米颗粒,在木材表面构建良好的粗糙度;随后,在复合涂层上接枝疏水长链,从而制备出疏水型木材。结果表明,随着自组装次数的增加以及还原的Ag纳米颗粒在木材复合涂层的沉积,使得木材表面的粗糙结构得到了适度的发展。未改性木材表面的接触角为52.0°,随着接触时间延长,接触角迅速下降,水滴很快渗入到木材中;而经过改性处理的木材,随着自组装次数的增加,TA-Fe^III/木材试件的接触角从138.2°增加至近143.7°;TA-Fe^III/Ag/木材试件的接触角从142.3°增加到了146.7°,使木材具有了优异的疏水性能。在强酸、强碱、有机溶剂、超声波清洗和紫外线老化等恶劣条件下,疏水木材接触角均高于135.0°,制备出...     

疏水型SiO2光学增透膜的制备

以正硅酸乙酯（TEOS）为有机醇盐前驱体,采用溶胶-凝胶技术,通过酸/碱二步法控制实验条件,结合三甲基氯硅烷（TMCS）对胶粒表面的修饰过程,制备出结构可控的疏水型SiO2薄膜.采用椭偏仪、FTIR、接触角测试仪、SEM等对薄膜的折射率、红外特性、接触角以及表面形貌等进行了测量.研究结果表明,疏水型SiO2薄膜的折射率在1.33～1.18之间连续可调;SiO2胶粒表面的亲水性－OH中的H已部分被非活性－Si(CH3)3基团取代;接触角由表面未修饰膜的40°左右增加到表面修饰膜的120°左右.     

硅烷表面修饰引发的ZnO微米棒膜的超疏水性

采用简单的低温水热法制备出ZnO微米棒薄膜,其经辛基三甲氧基硅烷和十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷修饰后显示出超疏水性,静态接触角分别为(150±1.3)°和(155±1.5)°,滚动角依次为5°和3°。 ZnO微米棒的微结构和低表面能材料辛基三甲氧基硅烷、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷的表面修饰是其显示超疏水性的原因,用Cassie理论对膜的润湿性进行了分析。