基于超疏水、超亲水自清洁涂层的研究及其多功能应用

固体材料因其表面积聚的灰尘、污垢、油脂等污染物而受到污染,进而导致材料的失效和故障等问题。通过涂覆超亲水、超疏水的特殊润湿性自清洁涂层是解决这些问题的有效方法。从固体表面润湿性理论出发,阐述了理论润湿模型、润湿性参数以及润滑行为;介绍了超疏水性、超亲水性自清洁功能的工作原理。同时,介绍了国内外关于超疏水、超亲水自清洁涂层的相关制备方法及其优缺点,以及涂层在光伏发电、防冰防霜、金属防腐领域的多功能应用。最后指出,存在对涂层稳定性、抗脱落性等综合性能的评估不足,缺乏对适用环境因素的考量等问题,并对其研究前景进行了展望。

高透光纳米SiO_(2)/碱性有机硅低聚物复合自清洁涂层的制备

制备了一种具备高透光性的SiO_(2)/碱性有机硅低聚物超疏水复合自清洁涂层。首先以正硅酸乙酯(TEOS)为原料、全氟癸基三甲基氧硅烷(PFDT)为改性剂,通过Stober法得到SiO_(2)改性粒子溶液,然后以TEOS与γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)为预聚物、PFDT为改性剂,在碱性条件下制备出改性的机硅低聚物溶液。将改性的SiO_(2)溶液与改性的碱性有机硅低聚物溶液按比例混合,最后将混合溶液喷涂于载玻片上,室温下静置6h得到透明超疏水自清洁涂层。探究了有机硅低聚物中TEOS、KH560以及氨水的量对复合涂层的影响。结果表明:当氨水、TEOS、KH560的量分别为1mL、6mL、0.4g,SiO_(2)改性溶液与碱性有机硅低聚物量的比值为2∶1时,涂层的接触角达到150°,透光率为91%,附着力为1级。涂层具有良好的自清洁性能,在经过300℃的高温加热后仍保持其疏水性。涂层制备工艺简单,适用于大规模工业生产。

玻璃表面超疏水自清洁SiO_(2)聚氨酯复合膜制备研究

采用高稳定性SiO_(2)溶胶、聚氨酯树脂、长链烷基硅烷偶联剂等制备一种用于自清洁玻璃的高分子镀膜液,可在玻璃表面形成自清洁涂层。SiO_(2)溶胶粒子能提高涂料的耐高温和耐磨性,涂层的耐久性好。SiO_(2)溶胶是以含氟改性剂为核制得的核壳型溶胶颗粒,尺寸均一,在涂料中不易团聚,相容性好,贮存稳定性高;将SiO_(2)溶胶和聚氨酯混合,硅氧键经催化水解后进一步对高稳定性SiO_(2)溶胶与聚氨酯接枝,形成复合粒子。采用呼吸图法在光学玻璃表面采用简便的一步法原位制备仿荷叶结构多孔状的功能高分子自清洁膜,实现超疏水性,达到自清洁的效果。接触角为153.1°,耐沾污4%,孔径在700nm左右,在400-800nm波长范围内平均透光率在91.5%左右,稳定性高,贮存时间长,形成的涂膜稳定性好,能满足日常透光需求。

自清洁型F-SiO_(2)/BaTiO_(3)降温涂层织物的制备与性能

为了制备具有自清洁功能的降温织物,选用锦纶牛津布为基材,使用氟硅烷改性二氧化硅粒子,将聚二甲基硅氧烷(PDMS)、含氟烷基改性二氧化硅(F-SiO_(2))、钛酸钡(BaTiO_(3))通过刮涂的方式整理到锦纶织物上,获得复合降温涂层织物;对所得织物的微观结构和表面化学组成进行测试,探究不同涂覆量对复合涂层织物太阳光反射率和中红外发射率的影响,评估涂层织物的降温性能、易去污性能、机械性能。结果表明:复合涂层的引入能显著提高织物的光谱性能,与原始锦纶相比,制备的复合涂层织物的太阳光反射率提高至88%,大气窗口红外发射率可达92%。在户外太阳直射的情况下,制备的复合涂层织物最高可降温5.6℃,且具有很好的自清洁易去污效果和机械性能,在户外装备降温、电器设备降温、建筑路面降温等领域具有广泛的应用前景。

自清洁纺织品研究现状

随着技术的进步和人民生活水平的提高,对纺织品的需求正在稳步增长,使得开发功能性服装和家用纺织品成为研究热点。纺织品自清洁技术不仅可以改善织物服用性能,还可以节省洗涤剂、水资源等,符合绿色发展理念。介绍了纺织品超疏水物理自清洁、光催化化学自清洁和超疏水光催化协同自清洁原理,综述了自清洁纺织品研究现状,指出了目前存在的问题及今后的发展方向。

自清洁超亲水表面处理油田污水的研究进展

具有自清洁效应的超亲水表面因其简单的操作、高效的分离效率、绿色低廉的制作成本等优势而成为能源和环境领域备受关注的研究热点。对现阶段自清洁超亲水表面的研究进展进行了综述,首先介绍了自清洁超亲水表面的主流制备方法,并解释了自清洁超亲水表面的工作机制,然后阐述了其在处理油田污水方面的具体应用,最后总结了自清洁超亲水表面研究现阶段的成果和局限性,并对其未来发展方向做出了展望。

PDMS@P25复合涂层织布的制备及其光催化与自清洁性能研究

为开发具有高效光催化自清洁功能的环境友好材料,通过将聚二甲基硅氧烷(PDMS)和二氧化钛(TiO_(2),P25)在乙酸乙酯中进行光接枝反应,制备得到复合涂层,然后喷涂于织布表面得到PDMS@P25织布。采用接触角仪、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱对其进行表征,探讨了PDMS、TiO_(2)及溶剂乙酸乙酯的用量对PDMS@P25织布超疏水性能的影响,考察了PDMS@P25织布对有机染料尼罗红的紫外光降解情况。结果表明:经60 min的紫外照射后,PDMS@P25织布可将水体中尼罗红完全降解。同时PDMS@P25织布在水体中可防止其表面被泥沙和有机染料甲基蓝污染。即使PDMS@P25织布表面被有机染料尼罗红及亚甲基蓝等污染,在太阳光下仍可使其降解,实现表面的自清洁。该PDMS@P25织布具有良好的机械性能及重复使用性能,经100次摩擦后,其性能无明显变化,在10次循环使用后仍然具有稳定的光催化性能。该材料的制备工艺简单,原料均对环境友好,成本低廉,符合大规模生产的需要。

扩压式自泵送流体动静压型机械密封自清洁特性研究

传统的流体楔入式机械密封需增设外部流体阻塞系统来降低杂质颗粒对密封性能影响。针对一种具有自清洁特性的新型扩压式自泵送机械密封,采用FLUENT中的DPM模型研究不同离散相参数、螺旋槽结构参数和工况参数对颗粒在动压槽内的运动规律和排出特性的影响。研究结果表明:含固工况下的端面液膜开启力和泄漏量较纯流体状态下更大,泄漏量最大增加6.1%;在低颗粒体积分数下,排屑率逐渐上升,在体积分数7%时达到最大,随后排屑率快速降低;随着颗粒直径增加,排屑率整体呈下降趋势,且颗粒直径越大,排屑率下降得越快;螺旋槽结构参数主要改变了螺旋槽内压力梯度分布幅值和分布范围,在低转速下,颗粒受压差梯度力影响更加显著;高转速和低介质压力工况能够显著提高端面排屑效率,排屑率最高能达到92.3%。

自清洁材料的研究进展

针对自清洁材料的构筑方法进行系统整理和归纳,围绕自清洁表面亲疏水性不同(分为超疏水、超亲水、超疏水/超亲水可转变)、表面构筑机制不同进行分类阐述和总结,并对自清洁材料目前面对的困境提出发展设想。

双轴自清洁反应器“8”字壳开孔接管结构外压稳定性研究

针对双轴自清洁反应器“8”字壳开孔接管结构承受外压过大时易发生失稳的问题,课题组提出采用有限元分析方法进行双轴自清洁反应器“8”字壳开孔接管结构外压稳定性研究,当接管中心线和“8”字壳垂直中心线的距离X分别取0.0a,0.4a和0.5a,径厚比D_(o)/δ_(e)分别取30,40,50,60和70,长径比L/D_(o)分别取2,3,4,5和6,开孔率d/D分别取010,0.25,0.40,0.55和0.70,接管壁厚和筒体壁厚比δ_(e)t/δ_(e)分别取0.2,0.6,1.0,1.4和1.8时,探究各结构参数与临界失稳压力削弱系数K的关系。研究结果表明:接管壁厚和筒体壁厚比δ_(e)t/δ_(e)和长径比L/D_(o)较小及开孔率d/D和径厚比D_(o)/δ_(e)较大时,开孔接管对“8”字壳外压承载能力削弱严重。

光学检测传感器窗口自清洁耐刮擦涂层的制备及性能研究

针对光学法化学需氧量(COD)监测传感器窗口长期在污水中工作,易附着污物、微生物,导致玻璃透光性下降进而寿命缩短的问题,设计制备了一种光学检测窗口用透明自清洁耐刮擦涂层,使细菌、藻类等生物无法黏附在玻璃表面,以保证检测效果。以两种含氟高分子乳液[聚四氟乙烯和六氟丙烯共聚物(F46)、四氟乙烯和全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)]为前体,通过加入适量环氧树脂提升涂层性能。系统研究了复合体系的固含率和环氧树脂的添加量对涂层性能的影响。结果发现,当环氧树脂与含氟高分子固体质量比为1∶19时,制备得到的PFA基复合涂层透明,具有自清洁功能(疏水角可达127.8°),且耐刮擦性能优异。进一步向PFA基复合涂层中添加纳米银颗粒后,涂层的抑菌率达到41.9%。

PEG嵌段共聚物整理棉织物的自清洁性能研究

探讨PEG嵌段共聚物整理棉织物的自清洁性能。通过原子转移自由基聚合的方法合成聚乙二醇嵌段共聚物聚甲基丙烯酸三氟乙酯-b-聚乙二醇-b-聚甲基丙烯酸三氟乙酯(PTFEMA-b-PEG-b-PTFEMA)。对PEG嵌段共聚物的结构进行红外光谱和核磁共振表征。通过“轧-烘-焙”的方法将其整理到棉织物上,对整理前后棉织物的表面形貌和水接触角进行测试,并对整理后棉织物耐水洗和耐摩擦性能、对酸和碱的耐久性能、透气透湿性能、对染料的自清洁性能进行分析。结果表明:整理后棉织物水接触角高达151°,具有超疏水性能;整理后的棉织物具有良好的自清洁性、耐摩擦性能、耐化学稳定性、透气和透湿性能。

金属及非金属界面自清洁水基清洗剂的制备及其性能研究

为满足不同金属及非金属基材表面污染物的清洗需求,通过对表面活性剂、渗透剂、缓蚀剂、杀菌剂等原料复配,制备了一种自清洁水基清洗剂,采用净洗机测定了5种金属和3种非金属在该清洗剂中的净洗效果。结果表明:优化配方为3%壬基酚聚氧乙烯醚+0.25%脂肪醇聚氧乙烯醚+0.25%十二烷基硫酸钠+0.5%一缩二乙二醇+1.5%三乙醇胺+0.15%六次甲基四胺+1.25%聚乙二醇+1.5%乙二醇丁醚+水。在清洗温度60℃、pH值6~8时该清洗剂具有良好的防锈性,净洗力可达99%以上。

改性TiO_(2)/CMCS/SA杂化纤维的光催化自清洁性能

将壳聚糖(CS)包覆在二氧化钛(TiO_(2))表面上制备了改性TiO_(2)核壳粒子,并利用湿法纺丝技术将核壳粒子引入羧甲基壳聚糖(CMCS)/海藻酸钠(SA)杂化纤维中,制备了具有自清洁功能的纺织材料。紫外-可见分光光度计、扫描电子显微镜、红外光谱仪和单纤强力仪对杂化纤维表征结果表明,引入核壳粒子的改性TiO_(2)/CMCS/SA杂化纤维具有较好的光催化性能和力学性能;当核壳粒子在杂化纤维中的质量分数为0.3%时,改性TiO_(2)/CMCS/SA杂化纤维的断裂强度最高达到3.56cN/dtex,光催化效率达到80%;与CMCS/SA杂化纤维相比,断裂强度提高了16.34%,光催化效率提高了20%。

TiO_(2)-Ag_(2)S-rGO三元复合棉织物自清洁工艺

为增强二氧化钛的光催化性能,用水热法制备TiO_(2)-Ag_(2)S-rGO三元复合物并将其整理到棉织物上,以赋予棉织物自清洁性能。对制备的三元复合物进行XRD分析,并对整理后的棉织物进行SEM分析。探究钛酸四丁酯的用量、合成温度、合成时间以及体系pH值对三元复合物光催化性能的影响,并通过正交试验以得到最佳试验工艺。结果表明,三元复合物合成并成功附着在棉织物上;最佳试验工艺为:合成温度160℃、合成时间9 h、体系pH值为7以及钛酸四丁酯浓度为0.13 g/mL;光照4 h后,TiO_(2)-Ag_(2)S-rGO三元复合棉织物上的亚甲基蓝基本消失,验证了织物的自清洁性能。

矿用摄像仪智能自清洁系统的研究与应用

针对综采工作面现有摄像仪球罩容易附着煤尘或煤泥,影响视频监控的效果、且需要人工擦拭的问题,提出了采用具有疏水涂层的聚碳酸酯光学球罩,通过在现有的摄像仪壳体上增加喷水自清洁装置,自清洁装置连接支架喷雾系统,由自清洁装置对摄像仪球罩进行除尘清洁,开发出可以通过地面监控中心进行远程控制的摄像仪自清洁系统,并在煤矿井下进行了工业性试验。经验证,摄像仪自清洁系统满足现场需求,极大地节省了人力,解决了综采工作面摄像仪“看得见”、“看得清”的问题,为实现智能化无人开采奠定了基础。

硫醇改性环氧/丙烯酸树脂构建自清洁耐蚀涂层研究

采用正十八烷基硫醇对环氧/丙烯酸树脂共混物进行改性,对改性漆膜进行红外光谱、吸水率、形貌、接触角、耐蚀性和自清洁分析,结果表明:傅里叶变换红外光谱测试反映硫醇与环氧/丙烯酸共混树脂产生了交联,并形成致密和准结晶的特定排列取向;正十八烷基硫醇改性环氧/丙烯酸树脂,在m(环氧树脂)∶m(丙烯酸树脂)=4∶6时,吸水率为0.36%,其二维形貌表征发现环氧树脂与丙烯酸树脂为有序密集点状组织,三维轮廓呈现出50μm山丘状结构及10μm簇状乳突结构,其接触角为140.98°,此时耐蚀性能最好,腐蚀电流密度为5.1054×10^(-10)A/cm^(2),自清洁能力也最强。

基于空调设备自清洁可靠性的研究与优化设计

本文目的在于提供一种对空调设备两器翅片表面清洁效果可靠性更佳的方案及装置。本文研究了目前市面上常用的家用空调器自清洁方法和存在的清洁效果可靠性缺陷,并从空调器清洁方法、空调清洁装置两方面进行设计研究。最后设计出提升空调产品自清洁可靠性的方案及装置。

硅溶胶光催化自清洁涂层在水泥基表面的耐久性与自清洁效果评估

该研究系统地评估了硅烷处理的TiO2纳米粒子对水泥基立面自清洁性能的影响。通过开发一种基于溶胶凝胶技术的新型无机涂层材料,并深入研究其自洁性能以及在水泥基材料受到泛碱侵蚀时的耐久性。利用加速老化试验下的色差变化评估了涂层的性能。同时,借助扫描电子显微镜(SEM)对涂层的表面形态进行分析。研究结果表明,基于无机涂层的“非完全成膜型”涂料不仅展现出了优异的自清洁性能,而且在水泥基材料出现泛碱现象时,也能有效抵抗因破坏导致的大面积剥落,从而保持了涂层的自清洁效能,并显著提升了涂层的耐久性。这一发现为水泥基材料表面的自清洁涂层技术提供了新的思路和实践指导。

铝合金建筑幕墙抗腐蚀与自清洁研究

本文通过阳极氧化、喷涂并结合表面修饰,对铝合金建筑幕墙进行复合表面处理的实验。实验结果表明:复合表面处理后铝合金形成微纳米粗糙表面结构,呈现超疏水特性,不易被污染得以保持外观品质,并且能长时间耐受腐蚀。采用复合表面处理技术能赋予铝合金建筑幕墙良好的抗腐蚀能力与自清洁性能,具有应用价值。