多尺度功能化Fe3O4及其聚合物超疏水復(fù)合涂膜的制備與性能研究.pdf

1、人們從自然界中的荷葉效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)荷葉表面具有超疏水效應(yīng)，歸結(jié)為植物葉面微納結(jié)構(gòu)和疏水性蠟狀物質(zhì)的共同作用。材料表面水接觸角(WCA)大于150°，可認(rèn)為是超疏水材料，超疏水材料由于其優(yōu)異的疏水性能有望在減阻、自清潔和油水分離等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
　　納米四氧化三鐵(Fe3O4)具有超順磁、電磁屏蔽等性能，將其與聚合物復(fù)合制備多功能超疏水材料，有望滿足特種電子產(chǎn)品對表面自清潔和電磁屏蔽等多功能特性日益增長的需求。本論文從共沉淀法制備

2、Fe3O4出發(fā)，通過溶膠-凝膠法制得不同尺度的Fe3O4@SiO2粒子并進(jìn)行表面功能化，加入硅樹脂制備聚合物涂膜，采用低表面能物質(zhì)修飾和構(gòu)造表面粗糙結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方法制備超疏水復(fù)合涂膜，對超疏水涂膜的表面結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系進(jìn)行探索，主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　(1)首先，進(jìn)行Fe3O4@SiO2粒子的制備及功能化研究。用沉淀法制備納米Fe3O4粒子，通過溶膠-凝膠法，以正硅酸乙酯(TEOS)為前驅(qū)體并調(diào)節(jié)其用量，制得不同尺度的Fe3

3、O4@SiO2粒子，再采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)對 Fe3O4@SiO2粒子進(jìn)行表面功能化。傅里葉紅外(FTIR)、X-射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、熱重分析(TGA)、振動樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)等測試和表征結(jié)果顯示，成功制備了不同尺度具有核殼粒子結(jié)構(gòu)的Fe3O4@SiO2粒子并接枝上功能化基團(tuán)。TEM測試結(jié)果顯示，F(xiàn)e3O4@SiO2粒子殼層SiO2厚度隨著TEOS量的增加而增加，F(xiàn)e3O4@SiO2粒子

4、的磁性強(qiáng)度隨著SiO2厚度的增加而減小。功能化Fe3O4@SiO2粒子保持了超順磁性并具有疏水性，可用于溶劑和水的混合物的分離和回收，并能多次循環(huán)使用。
　　(2)其次，選擇兩種粒徑相差較大的Fe3O4@SiO2(2)、Fe3O4@SiO2(6)和Fe3O4@SiO2(2)、Fe3O4@SiO2(10)進(jìn)行復(fù)配，控制兩種粒子的質(zhì)量比分別為2:1、1:1、1:2進(jìn)行復(fù)配，加入硅樹脂中制備復(fù)合涂膜，進(jìn)行水接觸角(WCA)和掃描電鏡(S

5、EM)測試，考察其復(fù)配、質(zhì)量比和含量對涂層疏水性能及表面粗糙結(jié)構(gòu)的影響和作用規(guī)律。研究結(jié)果表明，涂膜疏水性均隨著粒子含量的增加而逐漸提高，采用粒子復(fù)配比單尺度粒子制備的涂膜疏水性好。而且，相同條件下，采用Fe3O4@SiO2(2)、Fe3O4@SiO2(10)粒子復(fù)配比采用Fe3O4@SiO2(2)、Fe3O4@SiO2(6)復(fù)配制備的涂膜疏水性好，當(dāng)粒子質(zhì)量比2:1時(shí)涂膜疏水效果最好，粒徑差別較大的粒子更能有效地在材料表面構(gòu)造粗糙結(jié)構(gòu)

6、。
　　(3)最后，研究不同尺度粒子復(fù)配和低表面能物質(zhì)修飾共同作用對涂層疏水性能的影響。將 Fe3O4@SiO2(2)和Fe3O4@SiO2(10)粒子功能化，按照質(zhì)量比2:1和1:2復(fù)配加入硅樹脂中制備復(fù)合涂膜，考察其配比和含量對涂膜疏水性能的影響。水接觸角(WCA)測試結(jié)果顯示，對粒子進(jìn)行功能化、并采用多尺度復(fù)配有利于復(fù)合涂層疏水性的進(jìn)一步提高。掃描電鏡(SEM)發(fā)現(xiàn)，涂膜表面粗糙度隨著粒子含量的增加而增加，粒子功能化能增強(qiáng)粒