无氟超疏阻燃涂层的制备及性能研究

作     者：任方圆 

作者单位：齐鲁工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陶芙蓉

授予年度：2024年

学科分类：0821[工学-纺织科学与工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 082103[工学-纺织化学与染整工程] 

主      题：无氟 超疏 阻燃 半透明 涂层 

摘      要：人类受到自然界中生物体的启发,模仿其复杂的微观结构以达到超疏水性的研究已经有很多年的历史。但制备超疏水的材料并不环保,且涂层的机械性能较差,导致其面临很多实际问题。除此之外,为了拓宽超疏水涂层的应用范畴,使其具有多样化的实用功能尤为重要。基于以上问题,我们探讨了具有多功能且环保的超疏水材料的进展。通过实验设计,分别在平面和非平面基底上制备了无氟环保的超疏水阻燃涂层。后者较前者具有半透明性,二者都具有较好的机械耐久性。超疏水和阻燃两种功能的结合,可以在特定的应用中提供更加全面和高效的保护,是材料科学中功能一体化的重要研究方向,将对社会的安全和环境的保护产生积极影响。 本文利用季戊四醇四(3-巯基丙烯酸)酯(PETMP)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和甲基丙烯酸十八烷基酯(SMA)通过巯基-烯点击反应在同一分子中引入环氧化物和长碳疏水性基团,后通过混合不同尺度的疏水粒子,达到超疏水效果。将苯基膦酸加入到八(3-缩水甘油醚氧丙基)笼型聚倍半硅氧烷(GPOSS)中达到阻燃效果。二者通过分布喷涂,阶段固化的步骤,制备了无氟、坚固、阻燃超疏水涂层。该涂层具有优异的超疏水性(WCA=165°)、自洁性和机械化学耐久性,即使在严酷的磨损、高温、紫外线照射和其他强碱性物质等恶劣环境下也是如此。此外,该涂层具有防冰、耐金属腐蚀和优异的阻燃性能。该技术可为高性能特种润湿材料在节能环保领域的应用提供技术支持和理论依据。 论文的另一个研究提出了利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚磷酸铵(APP)提供阻燃性,聚二甲基硅氧烷(PDMS)和无氟超疏二氧化硅提供超疏水性,二者协同作用,通过简单分布浸泡法,在织物基底制备半透明的无氟超疏水阻燃涂层。该涂覆织物具有优异的超疏水性和自清洁性,可以去除污渍,还可以承受砂纸磨损、胶带剥离、紫外照射等机械稳定测试。在可见光范围内,涂层的平均透过率可达65.66%。此外,织物的极限氧指数从19.3%提升至41.1%,具有优异的阻燃性能。该涂层在个人防护等多个领域都有着巨大的应用潜力,为人类生活和工作的安全性提供强有力的保障。