【摘 要】
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超疏水涂层因其出色的憎水性和防冰覆性能以及环境友好等特点已经在工业和生物学领域显示出广泛的应用。同时光催化技术因具有高效、安全、环保等优点正在被推广。由于光催化
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超疏水涂层因其出色的憎水性和防冰覆性能以及环境友好等特点已经在工业和生物学领域显示出广泛的应用。同时光催化技术因具有高效、安全、环保等优点正在被推广。由于光催化剂在紫外光激发下产生的强氧化性物质会分解构成超疏水涂层的低表面能材料,导致超疏水涂层的耐久性变差,因此,将超疏水涂层与光催化技术相结合的研究相对较少。本文采用具有出色的耐久性和化学惰性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为低表面能材料,硅烷偶联剂(KH-550)修饰的纳米二氧化钛(TiO2)和氧化锌(ZnO)用于构建表面粗糙结构,两者有机结合制备了两种新型的纳米光催化剂杂化的多功能超疏水防污涂层,研究了制备条件对涂层疏水性的影响以及涂层在防颗粒污染物、液体污染物和抗菌方面的应用,并对其自清洁性能和耐久性进行了研究。本文具体研究内容主要有以下两部分:(1)使用PDMS和纳米ZnO制备了具有紫外线稳定性的ZnO杂化多功能超疏水防污涂层,并通过简单的喷涂工艺应用于玻璃、纸板、铝片等基材。采用一些表征手段确定制备样品的表观形貌结构、基团和光吸收能力。确定KH-550改性能够增强涂层的疏水性能,随后通过单因素实验确定PDMS和ZnO的掺杂比例为4:3,喷涂量为0.83g/dm2,涂层能够达到最佳疏水性能,并且在35℃下1小时内能完成固化。随后选择粉尘、染料、霉菌为目标污染物,考察制备的多功能超疏水防污涂层的防污性能。最后通过液滴冲刷和染料降解实验考察所制备涂层的自清洁能力,通过紫外光照射和户外暴露实验检验涂层的耐久性。实验结果表明ZnO杂化多功能超疏水防污涂层对粉尘、染料、霉菌具有出色的防污能力,具有较好的自清洁性能和稳定性。(2)将TiO2负载到ZnO上制备TiO2/ZnO复合纳米材料,再使用KH-550对TiO2/ZnO复合纳米材料进行改性,将改性后的纳米材料分散在PDMS中,通过喷涂工艺制备TiO2/ZnO杂化多功能超疏水防污涂层。通过一些表征手段确定制备样品的结构、基团和光吸收能力。然后通过扫描电镜结合单因素实验确定TiO2纳米粒子的最佳负载量为30%。随后通过单因素实验确定KH-550改性可以显著提高涂层的疏水性能,PDMS和TiO2/ZnO的掺杂比例为4:3,喷涂量为0.78g/dm2,涂层能够达到最佳疏水性能,并且在35℃下1小时内能够达到最佳固化效果。随后选择粉尘、染料、霉菌为目标污染物,考察TiO2/ZnO/PDMS涂层的防污、自清洁和耐久性能。实验结果表明TiO2/ZnO/PDMS涂层具有更好的超疏水性能,并且在降解有机物和防霉菌方面的性能也更强,同时具有较好的自清洁性能和稳定性。
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