多尺度功能化Fe3O4及其聚合物超疏水復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，發(fā)現(xiàn)荷葉表面具有超疏水效應，歸結為植物葉面微納結構和疏水性蠟狀物質的共同作用。材料表面水接觸角(WCA)大于150°，可認為是超疏水材料，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域得到廣泛的應用。
　　納米四氧化三鐵(Fe3O4)具有超順磁、電磁屏蔽等性能，將其與聚合物復合制備多功能超疏水材料，有望滿足特種電子產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，采用低表面能物質修飾和構造表面粗糙結構相結合的方法制備超疏水復合涂膜，對超疏水涂膜的表面結構與性能的關系進行探索，主要研究內容及結果如下：
　　(1)首先，進行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)為前驅體并調節(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)、振動樣品磁強計(VSM)等測試和表征結果顯示，成功制備了不同尺度具有核殼粒子結構的Fe3O4@SiO2粒子并接枝上功能化基團。TEM測試結果顯示，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)進行復配，控制兩種粒子的質量比分別為2:1、1:1、1:2進行復配，加入硅樹脂中制備復合涂膜，進行水接觸角(WCA)和掃描電鏡(S

5、EM)測試，考察其復配、質量比和含量對涂層疏水性能及表面粗糙結構的影響和作用規(guī)律。研究結果表明，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)粒子復配比采用Fe3O4@SiO2(2)、Fe3O4@SiO2(6)復配制備的涂膜疏水性好，當粒子質量比2:1時涂膜疏水效果最好，粒徑差別較大的粒子更能有效地在材料表面構造粗糙結構

6、。
　　(3)最后，研究不同尺度粒子復配和低表面能物質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，按照質量比2:1和1:2復配加入硅樹脂中制備復合涂膜，考察其配比和含量對涂膜疏水性能的影響。水接觸角(WCA)測試結果顯示，對粒子進行功能化、并采用多尺度復配有利于復合涂層疏水性的進一步提高。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，粒子功能化能增強粒