论文部分内容阅读
特殊浸润性表面在流体力学、光学、能量学等方面均有十分广泛的应用,其中超亲水表面可应用于自清洁、减反增透、防雾抗霜、油水分离等方面,引起了研究者极大的兴趣。目前用于制备超亲水表面的材料主要是各类氧化物纳米颗粒如SiO2、SiO2等,其它无机材料和有机材料研究较少。纳米沸石颗粒具有分子尺度的三维网络结构孔道,其中Y型沸石颗粒亲水性很好,可用于构建超亲水表面,但目前其在润湿性方面的制备和应用方面鲜有报道。此外,亲水性聚丙烯酸酯理论上也适用于亲水、防雾表面的构建,相关研究也较为少见。本研究首先以四甲基溴化铵、四甲基氢氧化铵为模板剂采用水热法合成了稳定的Y型纳米沸石,产品平均粒径约为28nm,产率为11.6%。采用脱水-再水合法合成工艺,经5循环流程产率提升为42%,得到产品平均粒径约为95nm,对水热法分离出来的上清液再进行脱水-再水合工艺处理,产品平均粒径约为76nm,收率达到26%。说明采用脱水-再水合法能有效缩短反应时间,提高原料的利用率,增加纳米沸石的产率,降低生产成本,为后续研究打下了良好基础。其次,利用合成的Y型纳米沸石溶胶采用浸渍提拉法在玻璃基材上制备了透明、超亲水、减反增透涂层,经表征,其在400~700nm波长范围内的透光率最高值为98.33%。涂层具有优异的高温和低温防雾性能,并可在自然温度条件下保持至少六个月。涂层表面的纳米沸石颗粒和微观缺陷小到足以降低光的散射,在适合的涂层厚度条件下共同造就了涂层的减反增透性能;而涂层表面及内部的孔道、空隙引起的毛细管作用力、Y型纳米沸石颗粒本身的具有内部微孔的三维结构给予的吸湿性能及氢键的作用,共同造就了涂层良好的亲水性和防雾性。第三,利用有机聚电解质的辅助,通过层层组装法在玻璃基材上分别构建了Y型纳米沸石涂层,经煅烧得到了透明、表面均一的纳米级薄膜,最大透光率可达99%。与相同条件下构建的纳米二氧化硅涂层进行比较,纳米沸石涂层具有超亲水性,且在冷热两种考察条件下均展示出优异的防雾性能,机械性能和耐候性良好。第四,采用浸渍提拉法在不锈钢丝网上构建了超双亲性纳米沸石膜,采用二次生长法进一步形成微米级沸石膜,湿性能的考察表明其具有空气中的超双亲性和水下超疏油性。采用不同油类对双层叠加结构式微米级沸石膜滤网的油水分离性能进行考察,发现其油水分离率均在99.97%以上,重复使用次数可达15次,水中油分残留率均小于20ppm。说明双层叠加结构式微米级沸石膜滤网在油水分离方面极具优势,在工业实践中有很好的应用前景。最后,以正丁醇为溶剂、丙烯酸为单体、乙醇为稀释剂合成了醇溶性聚丙烯酸树脂,并用甲醚化氨基树脂进行交联固化制备了湿度响应有机亲水性防雾涂层。对涂层的耐水性、硬度、附着力、接触角、透光率、防雾等性能和微观形貌进行表征,结果表明,适当工艺条件下制备的有机涂层耐水性能优,附着力0级,硬度B级,涂层厚度约2μm,在400~700nm的波段内透光率稳定,涂层亲水性能随环境湿度增加而增加,初步润湿后在4min时的接触角可降至8.7°和4.5°,并具有良好的防雾性能。