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水泥基材料表面超疏水涂料的制备与性能研究

水泥基材料表面超疏水涂料的制备与性能研究

作者：王晓辉东南大学

学位级别：硕士

随着“一带一路”、“海洋强国”和“新型城镇化”等国家战略的不断实施,公路、桥梁、高铁、隧道等基础设施建设规模空前,其中大量水泥基材料服役于严酷环境,耐久性面临严酷的考验。氯离子、硫酸根离子、镁盐、二氧化碳等有害物质以水... 详细信息

随着“一带一路”、“海洋强国”和“新型城镇化”等国家战略的不断实施,公路、桥梁、高铁、隧道等基础设施建设规模空前,其中大量水泥基材料服役于严酷环境,耐久性面临严酷的考验。氯离子、硫酸根离子、镁盐、二氧化碳等有害物质以水分为传输介质,通过毛细孔隙传输到水泥基材料内部,发生化学或者物理反应,导致结构破坏,是影响水泥基材料耐久性的主要因素。因此提高水泥基材料耐久性最有效的途径是阻止水分传输。本文基于生物仿生超疏水理论,通过纳米修饰和溶胶凝胶法,设计了混凝土表面的拓扑结构和化学润湿性,成功制备了两种超疏水涂料体系;研究了超疏水涂料对水泥基材料耐久性的影响;结合现代分析测试技术,探究了超疏水涂料与水泥基材料的化学作用,并在二维和三维尺度下定量表征了超疏水涂料在水泥基材料表面形成的多尺度分级结构。取得的研究成果如下:(1)两种超疏水涂料GKS和SHC的设计制备在低温、碱性条件下,利用丙基硅氧烷类A水解缩聚制备出丙基硅醇钾,当丙基硅醇钾浓度为5wt%时,涂抹到水泥基材料表面后接触角达136°。在丙基硅醇钾中分别引入四种纳米二氧化硅复合,可将水泥基材料表面接触角提高到150°以上,其中利用水热法分散的硅溶胶浓度为5wt%时,复合丙基硅醇钾制备的涂料GKS5作用效果最好,接触角提高到153°。在常温、酸性条件下,利用丙基硅氧烷类A、含氢硅氧烷类D与硅溶胶复合制备超疏水涂料SHC,在最佳浓度为10%,最佳浸渍时间为40s,最佳配比为丙基硅氧烷类A:含氢硅氧烷类D:硅溶胶=7:3:1时,水泥基材料表面接触角达167°,滚动角达6.3°。(2)超疏水涂料与水泥基材料的化学作用通过红外光谱分析,发现两种超疏水涂料中的疏水基团接枝到水泥基材料上,从而降低了材料表面能;利用X射线衍射图谱可知,两种涂料中不同状态的二氧化硅可与水泥基材料中的氢氧化钙反应,从而可以增加了疏水涂层与混凝土界面的粘结力。(3)超疏水涂料在水泥基材料表面形成的微-纳结构采用透射电子显微镜、扫描电子显微镜和原子力显微镜和数字全息显微镜,分别从二维和三维尺度分析超疏水涂料对水泥基材料表面粗糙度的影响。结果表明,两种超疏水涂料都能增加水泥基材料表面粗糙度。(4)超疏水涂料对水泥基材料耐久性的影响通过碳化试验、吸水试验和抗氯离子渗透试验,研究两种超疏水涂料涂覆后对水泥基材料耐久性能和呼吸性能的影响。结果表明,超疏水涂料处理能够保持水泥基材料的呼吸性能;超疏水涂料GKS5和SHC4能大幅度降低吸水率,程度可达25%以上;涂料SHC4处理后C30和C50混凝土抗氯离子渗透性分别提高了16.8%和29.5%。

关键词：超疏水涂料水泥基材料接触角微-纳结构低表面能

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超疏水涂料在长江航道钢质浮具保养中的应用

中国水运 2023年第S1期 27-32页

作者：邓志鹏王简逸陈堃长江武汉航道局

本文结合长江航道钢质浮具保养现状，对钢质浮具保养涂料类型、存在的问题进行了分析，对超疏水涂料在长江航道钢质浮具保养的适用性进行了理论分析和测试效果评估，从技术层面上就超疏水涂料作为新型环保新涂料应用在长江航道钢质浮具... 详细信息

本文结合长江航道钢质浮具保养现状，对钢质浮具保养涂料类型、存在的问题进行了分析，对超疏水涂料在长江航道钢质浮具保养的适用性进行了理论分析和测试效果评估，从技术层面上就超疏水涂料作为新型环保新涂料应用在长江航道钢质浮具保养可行性进行探讨。

关键词：航道浮具保养超疏水涂料

Pickering乳液聚合制备聚苯乙烯/纳米纤维素复合超疏水涂料

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造纸科学与技术 2018年第5期37卷 70-73,88页

作者：郑学梅付时雨华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室广东广州510640

以纳米纤丝化纤维素(NFC)和苯乙烯等为原料,利用Pickering乳液法制备聚苯乙烯/NFC复合微球并配制成超疏水涂料。通过红外光谱(FTIR)、接触角测试、扫描电镜(SEM)等对改性后纤维、复合微球及制备所得涂料进行分析检测,并探究油相、水相... 详细信息

以纳米纤丝化纤维素(NFC)和苯乙烯等为原料,利用Pickering乳液法制备聚苯乙烯/NFC复合微球并配制成超疏水涂料。通过红外光谱(FTIR)、接触角测试、扫描电镜(SEM)等对改性后纤维、复合微球及制备所得涂料进行分析检测,并探究油相、水相中纤维的质量分数和水油相体积比的变化对复合微球粒径影响。结果显示,通过反应十八胺成功接入CNF表面,改性前后纤维素膜的液体接触角(WCA)由27. 7°增加至93. 5°;增大两相中纤维的质量分数都会使微球的粒径减小,而降低水油体积比则会使复合微球的粒径增大;复合微球表面的粗糙结构是由CNF和纳米级聚苯乙烯小颗粒共同构成,将复合微球制备成疏水性涂料并喷涂在滤纸上后测得WCA为155°,滚动角低于5°。

关键词： NFC 聚苯乙烯 Pickering乳化超疏水涂料

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一种自交联型水性超疏水涂料的研制

广东化工 2019年第10期46卷 63-64页

作者：阮济衡纪春发李娇霖江门市制漆厂有限公司

本文首先以甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、β-羟乙酯、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和N-羟甲基丙烯酰胺为原料合成了硅改性的丙烯酸树脂乳液,然后以有机硅改性的丙烯酸树脂为基础的涂料,并用十七氟癸基三乙氧基硅... 详细信息

本文首先以甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、β-羟乙酯、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和N-羟甲基丙烯酰胺为原料合成了硅改性的丙烯酸树脂乳液,然后以有机硅改性的丙烯酸树脂为基础的涂料,并用十七氟癸基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米SiO2制备的溶胶来修饰涂层粗糙的表面结构,制备出自交联型水性超疏水涂料,该涂料经过涂装和固化后,并对其性能进行了表征,实验结果表明该涂料的接触角、滚动角分别157.6°和4.5°,具有较强的疏水性能,此时的铅笔硬度可达3H,并且具有较好的耐冲刷性、耐盐雾性和耐湿热性。

关键词：丙烯酸树脂有机硅超疏水涂料纳米SiO2

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超疏水纳米涂料成膜特性及其性能研究

超疏水纳米涂料成膜特性及其性能研究

作者：程真东南大学

学位级别：硕士

超疏水涂层具有特殊的表面润湿性,在自清洁、防冰雾等方面潜在广泛的应用前景。然而,超疏水涂料在制备涂层过程中依然存在诸多问题,如涂料浸涂成膜性能较差、难以重涂,涂层的附着力和透光率较低等。本论文针对应用中存在的问题,开展了... 详细信息

超疏水涂层具有特殊的表面润湿性,在自清洁、防冰雾等方面潜在广泛的应用前景。然而,超疏水涂料在制备涂层过程中依然存在诸多问题,如涂料浸涂成膜性能较差、难以重涂,涂层的附着力和透光率较低等。本论文针对应用中存在的问题,开展了涂料的配方、工艺参数优化的研究,制备出可用于浸涂且成膜性能(膜层均匀性、重涂性能、涂层附着力)良好的超疏水涂料。以乙醇为溶剂,采用湿化学法对商用硅溶胶进行改性,对涂料中去离子水含量、硅溶胶类型、改性剂的种类和改性剂含量进行优化,制备出适用于浸涂法的涂料。研究表明,使用17F改性商用链式水性硅溶胶得到的涂料,其成膜性能较好,且可重涂3-4次。浸涂制备的涂层疏水性能优异,水滴接触角大于160°;涂层能抵抗速度为3m/s的水柱冲击1min,显示出了较好的附着力。涂层透光率为87.5-90%,具备良好的防污自清洁能力和一定的抗凝露效果。以乙醇为溶剂,采用溶胶凝胶法合成TEOS自水解硅溶胶,利用硅烷偶联剂KH550/560增加自水解硅溶胶纳米颗粒的链长,然后使用17F或HMDS对自水解硅溶胶进行改性,制备出适用于浸涂的超疏水涂料。研究表明,先使用17F改性,过24h后加入HMDS进行补充改性(即两步法进行改性)得到的涂料具备良好的成膜性能,且可重涂15次左右。浸涂制备的涂层疏水性能优异,水滴接触角大于160°,滚动角小于8°;涂层能抵抗速度为3m/s的水柱冲击2min,显示出优异的附着力。涂层的透光率大于90%,具备良好的防污自清洁能力,在结霜和凝露循环中涂层均不被破坏。为除去涂料中氨水的味道,使用L-精氨酸、四甲基己二胺和氢氧化钠等碱性物质替代氨水,所制备的涂料产生了沉降,并且疏水性降低,表明配方中氨水不可被其他碱性物质替代,因此只可使用旋蒸法去除涂料中的氨水而不影响其成膜性能。为提升涂层的耐磨性能,通过底面复合法制备基于多孔粘接层的耐磨超疏水涂层。选用PU/FEVE混合树脂作为底漆,采用异构十六烷作为发泡剂,当PU和FEVE质量比为1:1,异构十六烷含量为50wt%,发泡温度为130℃,预热时间为100s时,制备的底面复合涂层具有较好的耐磨性。研究表明,以橡胶作为磨损材质,在300g载荷下磨损700次滚动角仍小于20°;相同载荷下丝绸作为磨损材质时磨损300次滚动角为22°。在60℃以下,涂层具有长效稳定的疏水性能;但在80℃保温6h,涂层便开始发黄老化。划圈法测试涂层附着力等级为3-4级,除此之外,涂层具备较好的耐水泡能力,可耐常温水浸泡15天左右。

关键词：超疏水涂料改性硅溶胶浸涂成膜性能耐磨性

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有机-无机复合超疏水纳米涂料的制备及应用

有机-无机复合超疏水纳米涂料的制备及应用

作者：张宪楠天津理工大学

学位级别：硕士

超疏水表面因其特殊的浸润特性可广泛的应用于防水、自清洁、抗冰、流体减阻、油水分离、电化学等领域。通过对荷叶表面自洁性的仿生研究表明,完美的疏水性源自其层级微、纳米结合的双微观结构和覆盖在上面的低表面能物质的协同效应。... 详细信息

超疏水表面因其特殊的浸润特性可广泛的应用于防水、自清洁、抗冰、流体减阻、油水分离、电化学等领域。通过对荷叶表面自洁性的仿生研究表明,完美的疏水性源自其层级微、纳米结合的双微观结构和覆盖在上面的低表面能物质的协同效应。为了模拟荷叶的这种结构,研究人员尝试了许多方法,其中包括溶胶凝胶法、等离子体刻蚀、相位分离法及模板法等。然而这些方法不仅程序复杂而且成本较高,不便于实际生产及大量制备。因此,寻求一种简便易行、价格低廉的制备方法而更显得富有研究意义。超疏水涂层及超疏水膜材料是超疏水表面能够得以广泛使用的较为简便的方式。因此本文选用了物理化学性能均良好的羟基化多壁碳纳米管（HMWCNTs）为原材料制备了具有良好超疏水性和超亲油性的涂层,为超疏水表面真正得以应用于实际提供了一定的方法。首先,利用MTMS对HMWCNTs进行疏水改性,得到几乎完全超疏水和超亲油的纳米粉体HMWCNTs@MTMS;然后将上述制备的HMWCNTs@MTMS以一定的质量比掺入到普通工业涂料中,通过考察加入到涂料中HMWCNTs@MTMS用量对最终涂层形貌、疏水性以及涂层的稳定性,找出了此类添加剂与涂料最佳使用比例,巧妙的得到具有超疏水特性的涂料。值得指出的是该改性涂料有着传统涂料的优异的强度、粘附力,大大提高了超疏水涂层的力学性能。我们将最佳配比的涂料喷在金属、玻璃、木板、金属网等表面,经固化成膜均可被赋予优异的超疏水及超亲油特性。经接触角仪器测试,水和油在喷涂表面的接触角CA大概在170o和0o左右。由于本工作制备的超疏水涂层本身的超疏水/超亲油特性及其稳定性都比较出色,因此我们尝试了将上述最佳配比的改性涂料喷涂在铜网表面以进行油水分离。经测试水和油在喷涂后铜网表面的接触角分别在165o及0o左右,获得了具有良好超疏水及超亲油特性的铜网。我们利用喷涂后的铜网对不同品类的油水混合物进行了分离实验。实验结果表明该网具有较高的分离效率（＞96%）,并且可循环使用,可谓为油水分离膜的制备提供了一种简便制备方法。

关键词：碳纳米管超疏水涂料油水分离

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“90后”博士“智”造特种纸

“90后”博士“智”造特种纸

人工雾霾环境下超疏水涂层绝缘子运行性能研究

岳阳日报

作者：田卓灵廖孟星

一年时间，足够一名博士做些什么？岳阳林纸的“90后”博士贠童童在不到一年的时间内，发表了一篇中国科学院1区SCI论文，提交了2件发明专利，参与了4次国际纸展和学术交流会议，担任全国科普日活动主讲并获评省级优秀，接连主持两项公... 详细信息

一年时间，足够一名博士做些什么？岳阳林纸的“90后”博士贠童童在不到一年的时间内，发表了一篇中国科学院1区SCI论文，提交了2件发明专利，参与了4次国际纸展和学术交流会议，担任全国科普日活动主讲并获评省级优秀，接连主持两项公司重要项目，并获评岳阳市小荷人才和公......

关键词：特种纸博士后科研工作站超疏水涂料

来源： cnki报纸评论

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cnki报纸

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高电压技术 2017年第7期43卷 2316-2322页

作者：魏远李剑卢明黄正勇颜薪瞩重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044 国网河南省电力公司电力科学研究院郑州450052

绝缘子表面憎水性的差异会导致表面积污和污层湿润的差异,进而影响绝缘子的运行性能。为了研究雾霾环境下超疏水涂层绝缘子的积污规律与绝缘性能,利用实验室小型人工雾霾模拟装置,对比研究了人工雾霾环境下超疏水涂层绝缘子与长效室温... 详细信息

绝缘子表面憎水性的差异会导致表面积污和污层湿润的差异,进而影响绝缘子的运行性能。为了研究雾霾环境下超疏水涂层绝缘子的积污规律与绝缘性能,利用实验室小型人工雾霾模拟装置,对比研究了人工雾霾环境下超疏水涂层绝缘子与长效室温硫化硅橡胶(PRTV)涂层绝缘子的表面积污水平与泄漏电流变化规律,并从两种涂层绝缘子表面憎水性差异与超疏水涂层污秽自清洁特性出发,对试验结果的差异原因进行了分析。结果表明:人工雾霾环境下,超疏水涂层绝缘子相比于PRTV涂层绝缘子,表面积污量减少31.2%,同时超疏水涂层绝缘子具有低泄漏电流。超疏水涂层是一种可行的提高雾霾环境下输变电设备绝缘性能的防护措施。

关键词：雾霾超疏水涂料 PRTV涂料泄漏电流污秽自清洁特性

PVDF氟碳涂料的力学性能及耐沾污性改性研究

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PVDF氟碳涂料的力学性能及耐沾污性改性研究

作者：李赛南复旦大学

学位级别：硕士

聚偏氟乙烯(PVDF)氟碳涂料属于高性能涂料,具有高耐候性、耐腐蚀、耐热、耐化学品等优点,常用作金属构件面漆。但PVDF涂料的力学性能与其高端涂料的身份不够匹配,有待进一步提高。另外,我国国内环境污染严重,PVDF涂层户外应用时耐沾污... 详细信息

聚偏氟乙烯(PVDF)氟碳涂料属于高性能涂料,具有高耐候性、耐腐蚀、耐热、耐化学品等优点,常用作金属构件面漆。但PVDF涂料的力学性能与其高端涂料的身份不够匹配,有待进一步提高。另外,我国国内环境污染严重,PVDF涂层户外应用时耐沾污性能较差,对其高端涂料的声誉产生了不利影响,限制了其推广应用。本文拟在原PVDF涂料配方的基础上引入无机纳米粒子、有机疏水助剂、亲水助剂、光催化纳米Ti02粒子等一种或多种添加剂,通过涂料配方调整调控PVDF涂层表面的力学性能、润湿性能、耐沾污性能等性能,了解无机纳米粒子对PVDF涂层力学性能的影响规律,获得超疏水PVDF涂层和超(高)亲水PVDF涂层的制备方法,建立涂层表面性质与耐沾污性能的关系,为高力学性能、高耐沾污PVDF涂料的设计制备提供理论与实验指导。具体研究内容及结果如下：将纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化铝、纳米重晶石等无机纳米粒子混入PVDF基础涂料配方中,考察了无机纳米粒子的种类以及加入量对PVDF涂层硬度、耐刮伤性、冲击强度、光泽等性能的影响。研究表明,在PVDF涂料中,加入少量的无机纳米粒子可以提高涂层的力学强度,但不同力学强度指标随纳米粒子用量的变化规律不一致PVDF涂料中加入2wt%(基于干膜质量)纳米氧化铝粒子或者疏水改性纳米二氧化硅粒子(nano-silica-CH3)对于改善PVDF涂层的力学性能最为合适。人工加速老化实验显示,PVDF纳米复合涂层具有良好的耐候性。通过PVDF基础涂料配方中添加亲水型或疏水型无机纳米粒子、氟硅烷、聚四氟乙烯等助剂中的一种或多种来提高涂层表面的疏水性,考察了助剂性质及加入量、涂料颜基比、涂料制备工艺等PVDF涂层表面润湿性与光泽的影响。获得疏水、超疏水PVDF涂层的制备方法,研究疏水、超疏水PVDF涂层的疏水和超疏水性质的耐久性。研究表明,当采用nano-silica-CH3纳米粒子PVDF涂层质量组成为Resin/R-210/nano-silica-CH3=32.5/12.5/14.75时,可获得荷叶型超疏水PVDF涂层,其水的静态接触角为157.6°,滚动角为7.3°。Nano-silica-CH3表面的疏水甲基基团在紫外光下容易分解,使得制备的PVDF涂层的疏水持久性较差。含氟硅氧烷PMSF可以有效改善超疏水PVDF涂层的疏水耐久性,在经过长达350小时的UV-B辐照后,涂层的接触角仍然在140°以上。采用室内耐沾污实验(按国标测定)和户外暴晒实验系统检验了不同表面特性的PVDF涂层的耐沾污性能,并与常用的钢结构面漆(聚氨酯、FEVE氟碳涂料、聚硅氧烷涂料)进行了耐沾污性比较,关联了涂层耐沾污性与表面特性的关系。研究表明,涂层的耐沾污性主要取决于涂层表面的水润湿性和污染物的性质,与表面的形貌和化学组成组成关联不大。户外暴晒实验表明,超亲水PVDF涂层具有突出的自清洁性能,耐沾污性优越。超疏水PVDF涂层初期具有自清洁能力,但随着表面污染物的积累逐渐失去超疏水性质,导致涂层长期耐沾污性较差。通过超疏水纳米粒涂膜的户外暴晒实验,提出了超疏水表层的自动脱落是未来耐久型超疏水PVDF涂料制备所可采取的思路。采用加入氟化硅氧烷、硅氧烷等亲水助剂以及光催化纳米Ti02粒子(P25)制备超(或高)亲水型PVDF涂层。考察了涂层在人工加速老化实验和户外暴晒条件下,表面水接触角随时间的变化规律。研究了亲水助剂种类及含量、纳米Ti02粒子用量、涂料颜基比等对PVDF涂层水接触变化规律的影响。获得高耐沾污性的亲水型PVDF涂层的制备方法。研究表明,氟化硅氧烷(HA-1)对PVDF涂层具有最好的亲水效果。提高亲水助剂含量以及涂料颜基比,有利于PVDF涂层表面水接触角下降率,其中当涂层中颜基比为60：40时,5%HA-1改性PVDF涂层的最低水接触角可至32°。亲水助剂可提高PVDF涂层的光泽度且不影响PVDF涂层表面结构。加入纳米Ti02粒子再紫外光辐照,可获得超亲水PVDF涂层,但涂层的耐候性受到不利影响。户外耐沾污实验表明,引入亲水助剂可改善PVDF涂层的耐沾污性能。

关键词： PVDF 氟碳涂料耐沾污性自清洁性力学性能纳米粒子亲水助剂超疏水涂料