Simulation of Hydrophobicity Evaluation and Structural Optimization Design Method for Micro-Array Units

In recent years, researches published on hydrophobic materials increase rapidly, wherein the method for changing hydrophobicity by modifying a micro-array structure on the surface of the material also has been proposed. Of course, if it is possible for us to quantitatively analyse and evaluate hydrophobicity of different structures of one certain material at first, this task will greatly optimize the design of actual structures. In this work, we used the algorithm for Laminar Two-Phase Flow, Horizontal-set method integrated in COMSOL to build two single-pore simulation structures in different shapes and simulated the behaviour of the liquid transition from Cassie-state to Wenzel-state during the impregnation process. After that, the intrinsic contact angle of Structure T (a porous structure with a T-shaped sectional profile) was obtained under a certain pressure which maintained liquids in Cassie-state. Meanwhile, two equilibrium states of the liquid-air interface as well as two different patterns of the equilibrium state disrupting were found in Structure R (a porous structure with a Chamfered T-shaped sectional profile). Simulation results show that the modelling method can be applied for simulating the hydrophobicity of different porous structures and optimizing the procedures for the design of the micro-array efficiently.

微米级类球形介孔材料用于乙烯聚合催化剂

采用2-(4-氯磺酰苯基)乙基三甲氧基硅烷对类球形介孔材料进行疏水处理,制备了疏水性类球形介孔材料,将其作为载体,通过气流式喷雾干燥技术制备了聚乙烯催化剂。对疏水处理前后的类球形介孔材料进行了XRD、N2吸附-脱附、TEM、SEM表征,考察了气流式喷雾干燥过程中载气流量和浆料浓度对聚乙烯催化剂的影响,并评价了催化剂的乙烯聚合性能。实验结果表明,类球形介孔材料在疏水处理后孔结构和微观结构稳定;最佳喷雾干燥条件为喷雾干燥器进、出风口温度分别为140,105℃,载气流量为30 L/s,浆料浓度为30%(w);在最佳喷雾干燥条件下制备的催化剂用于乙烯聚合时,催化活性为28000 g/g,远高于工业用TS-610硅胶制备的催化剂的活性(9000 g/g),反应得到的聚合物性能也优于TS-610硅胶制备的催化剂得到的聚乙烯粉料。

生物基多糖的疏水改性及其在纸基材料中的应用进展

纸基材料具有良好的应用性能,但较强的吸水性严重制约了其在很多领域的应用。采用石油基化合物进行疏水化处理会破坏纸基材料原本的可降解性。因此,目前研究人员更加关注以生物相容性好的生物基多糖作为疏水改性剂原料。本文综述了近年来生物基多糖在改善纸基材料疏水性方面的研究进展,重点介绍了纤维素、淀粉、壳聚糖、海藻酸盐等生物基多糖的疏水改性及其在纸基材料疏水化处理中的应用现状,并对未来发展趋势进行了总结与展望。

疏水微孔型材料在车辆悬架系统的应用研究

为了提高汽车悬架的平顺性能,提出了一种疏水微孔型材料的悬架弹簧。首先介绍了低压分子弹簧悬架疏水微孔型材料的制备,并利用拉普拉斯毛细管原理阐述了其工作机理。基于流体静力学原理建立了被动悬架刚度模型,利用平均法求解了非线性动力系统的主共振响应,通过MATLAB Simulink对被动悬架的性能进行了仿真,并基于加权均方根加速度对其平顺性进行了评价。研究结果表明,新型悬架的固有频率、悬架挠度和加权加速度均满足设计目标。最后通过搭建试验平台,进一步验证了所提悬架系统的有效性,表明新型悬架具有较强的工程应用价值。

金属材料表面超疏水涂层研究进展

金属材料普遍存在腐蚀现象,这限制了金属资源的综合利用。近年来,受到自然界超浸润现象的启示,超疏水涂层作为一种新型金属防护手段,已得到广泛应用。本文对超疏水表面的基础理论进行阐述,重点综述镁合金、铝合金、碳钢、钛合金表面超疏水涂层近期的发展状况,以期为开发新型功能材料,推动相关技术进步,促进多领域的交叉应用提供参考和指导。

高黏疏水抑冰雾封层材料设计和性能评价

为解决南方秋冬季道路被动抑冰滞后和效率低等问题,研发了主动型高黏疏水抑冰雾封层材料。通过正交理论设计、层次模型分析法进行综合性能评价,确定了增黏剂、疏水剂的最佳用量,采用多性能试验评价了路用性能和抑冰性能,确定了抑冰剂的最佳用量。研究结果表明:相比于乳化沥青基材,综合设计得到的最佳掺量高黏疏水雾封层材料的黏聚性和疏水性分别提升了55.7%、144.3%。抑冰剂掺量为9%~12%时,雾封层材料储存稳定性较好,最佳洒布量为0.06 g/cm^(2)时,固化性能和抗滑性能明显提升,达到最佳平衡状态。抑冰剂掺量与电导率呈显著线性相关,多次浸水循环后,高黏疏水抑冰雾封层材料具有缓释持久性。最佳抑冰剂掺量为9%时,雾封层材料抗凝冰效果达到最佳。

纳米纤维素疏水改性及其功能化应用研究进展

纳米纤维素作为一种生物质材料,具有高比表面积、高强度等优良性能。其表面存在大量的羟基,具备很强的亲水性。这在一定程度上影响了纳米纤维素在生物基复合材料中的分散效果,限制了它的功能化应用。因此,纳米纤维素疏水改性已成为研究焦点之一。本文讨论了利用物理、化学和聚合物接枝的方式对纳米纤维素进行疏水改性,总结了不同纳米纤维素疏水改性机制及其优缺点,分析了疏水改性纳米纤维素对机械性能、热性能和生物相容性等性能的影响。据此,概述了纳米纤维素疏水改性研究现状及其在包装、造纸和水净化等领域的功能化应用情况,为有效利用纳米纤维素提供理论策略和实践依据。最后,展望了疏水改性纳米纤维素的优势和未来应用前景。

三聚氰胺海绵疏水改性及在油水分离领域的研究进展

海上溢油和工业油污泄漏频发,导致水体受到严重的污染破坏。随着生态文明建设的不断推进,为使受油污染的水体得到高效的清洁保护,各种油水分离材料和方法应运而生。其中,三聚氰胺海绵具有独特的三维柔性结构以及其他优异的特性,使用不同的方法对其进行疏水改性后被广泛应用于油水分离领域。本文概述了超润湿性表面油水分离的机理,讨论了三聚氰胺海绵在油水分离领域的研究进展,总结了近几年三聚氰胺海绵疏水改性的材料与方法以及改性后的一些特殊性质,如磁性、耐腐蚀性等。同时对各种材料与方法进行了分析评价,并对疏水改性三聚氰胺海绵在油水分离领域的发展方向进行了展望,为推动低成本、高性能三聚氰胺海绵疏水改性技术在含油废水处理中的应用提供了参考。

玻璃纤维滤材的疏水改性及过滤性能

闭式循环过程会产生大量放射性气溶胶,其高湿、高酸、高放射性的特点导致基于玻璃纤维滤材的高效过滤器失效快、更换频率高。为解决上述问题,提出对传统的玻璃纤维滤材进行疏水性改性,以提高玻璃纤维滤材对苛刻工况的耐受性。利用低表面能改性剂(聚二甲基硅氧烷)对滤材进行化学性疏水性改性,通过引用SiO_(2)纳米颗粒物进行微结构构造,进一步改善疏水效果。借助SEM、FTIR、接触角测量仪等手段对改性效果进行了分析,并进一步研究了改性滤材的过滤性能。研究结果表明:改性方案能够有效改善玻璃纤维滤材的疏水性,并提高其耐湿性;单纯化学改性滤材的静态接触角可达146°,引入SiO_(2)纳米颗粒物后改性滤材的接触角超过150°;当改性剂中聚二甲基硅氧烷质量分数为2.0%、SiO_(2)纳米颗粒物质量分数为0.5%时,所得GF-PS-0.5滤材展现出最优的耐酸性,主要源于化学性疏水和结构性疏水的有效协同;GF-PS-0.5在经受足量的γ照射后,疏水性保持稳定,表明其良好的耐辐照性;改性滤材仍然保持了优异的过滤性能,其过滤效率超过99.99%。改性过程在提高滤材耐受性的同时,没有影响其过滤性能,展现出良好的应用前景。

疏水材料微尺度凹坑流滑移速度特性研究

凹坑构型是疏水材料中常见且重要的结构形式,认识和揭示此类凹坑结构的滑移速度特性对于疏水材料的设计具有指导意义。本文采用离散统一气体动理论,在Kn=0.01~0.5范围内,对低速二维凹坑流动进行数值模拟,模拟结果表明,在不同Kn值下,滑移速度规律呈现显著差异:随着凹坑尺寸减小(Kn> 0.3),凹坑区的滑移速度小于平滑壁面的滑移速度;而随着凹坑尺寸增大(Kn <0.2),凹坑区的滑移速度大于平滑壁面的滑移速度;在凹坑两端,统计平均滑移速度会出现跳跃,随着Kn数增加,这种跳跃现象越来越强。上述演化特征表明,在设计疏水微结构时,Kn不能大于0.3。

基于熔融共混法制备PP/PVDF疏水体系的结构和性能研究

采用熔融共混法,制备系列PP/PVDF共混体系,讨论不同原料配比和不同牌号PVDF原料对PP/PVDF共混体系对纯水的接触角、对蛋白上样缓冲液的流挂性能,以及透光性能等方面的影响。结果表明,随着PVDF含量的增加,PP/PVDF共混体系对纯水接触角呈先上升后下降趋势,当PVDF含量为10%时,共混体系对纯水的接触角达最大值为117°;当PP/PVDF共混体系中的PVDF含量相同(5%、15%、25%)时,利用牌号为710的PVDF制备的共混体系对纯水接触角最大,测试样条表面残留的蛋白上样缓冲液最少,牌号为720的次之,牌号为705的接触角最小,残留的蛋白上样缓冲液最多;而对于共混体系的透光率,则是利用牌号为705的PVDF制备的共混体系透光率最大,牌号为720的次之,牌号为710的透光率最低。

改性新型涂层材料制备及其防腐性能研究

为了解决纳米SiO_(2)、六方氮化硼(BN)固体填料在树脂中的分散效果,利用硅烷偶联剂(KH-560)对二者进行表面处理。在共混体系中加入偶联剂作相容剂,增加与聚二甲基硅氧烷(PDMS)及环氧树脂的相容性,利用超声方式使复合体系充分分散,以发挥填料的性能,得到了具有疏水效果的防腐蚀环氧复合涂层。利用正交试验对其配方组成、涂层样品的各方面性能深入研究,并对其结构、接触角、附着力、电化学、耐介质腐蚀等方面进行测试和分析。研究结果表明:(1)硅烷偶联剂KH-560成功接枝于纳米SiO_(2)和六方BN上,在树脂中的相容性好。(2)根据对样品涂层各测试指标的结果分析,得到各填料添加量对各性能指标的影响程度及最佳水平级别。(3)填料的引入使涂层接触角有明显增加,接触角即涂层疏水性随3种填料添加量呈现正相关趋势。极差分析表明,3种填料的最佳水平均为第4水平,改性六方BN添加量水平对涂层疏水性影响最明显。(4)根据耐酸碱盐介质测试结果可知:涂层样品对于碱性和浓盐介质的防护能力优于对酸介质,在碱性及浓盐介质中基本不发生发泡、损坏、腐蚀现象。(5)正交试验中最佳配方为:PMDS添加量为0.5 g,改性纳米SiO_(2)添加量为2.0 g,改性六方BN添加量为1.00 g。

KH-171对电气石的表面改性及其结构表征

这是一篇矿物材料领域的论文。以硅烷偶联剂KH-171为改性剂对电气石粉体进行改性,依据改性电气石的接触角和在液体石蜡中的浊度为参数,对改性电气石的工艺条件进行了优化。实验结果表明,在体系pH值为9,改性剂KH-171用量为2 mL,醇水比为1:5的条件下60℃反应2 h时,所得改性电气石的接触角达到133o,显示了优良的疏水性能。利用IR、SEM和XRD分析对改性电气石的结构与形貌进行了表征,结果表明,电气石表面成功引入带有碳碳双键的有机官能团,没有影响电气石原有晶体结构,但有效降低了电气石的团聚现象,展示了更好的分散性能。

疏水侧链改性聚氨酯丙烯酸酯的制备及其在光固化金属涂层中的应用

为提升光固化金属涂层的防腐性能,以来源于生物基的δ-癸内酯(DL)为原料,首先合成了一系列带疏水侧链的聚癸内酯二元醇,然后与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和丙烯酸羟乙酯(HEA)制备了带有疏水侧链的聚氨酯丙烯酸酯,将其用于构筑光固化金属涂层。采用傅立叶变换红外光谱、核磁共振氢谱对其结构进行了表征,研究了聚癸内酯二元醇的化学结构、相对分子质量对所构筑的光固化涂层疏水性以及防腐性能的影响。结果表明:疏水侧链改性后,聚氨酯丙烯酸酯涂层在水中浸泡400 h的吸水率从3%下降至1.4%;在盐水中浸泡400 h的阻抗模值从2.7×10^(7)Ω·cm^(2)提升至1.1×10^(9)Ω·cm^(2);在盐雾环境中400 h仅出现轻微点蚀现象;可见疏水侧链改性的聚氨酯丙烯酸酯所构筑的涂层具有更高的耐水性和耐腐蚀性。

纤维素基材料的疏水改性与应用研究进展

着重综述了多形态纤维素材料(滤纸、棉织物、高分子膜、纤维泡沫和气凝胶等)疏水改性的研究进展,特别是改性方法,如喷涂法、浸渍法、等离子体法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、原子转移自由基聚合(ATRP)、“硫醇-烯”点击反应等,进而阐述了纤维素基超疏水材料在防水防冰、阻燃和油水分离等领域的应用研究进展,最后对纤维素基材料疏水改性面临的问题进行了总结并展望了其发展前景。

疏水型纸浆纤维基隔热泡沫材料的制备及性能研究

目的开发具有疏水性、可回弹的生物降解型纸浆纤维基隔热泡沫。方法以纸浆纤维为主要原料,十二烷基硫酸钠为发泡剂,聚乙烯醇为交联剂,阳离子型聚丙烯酰胺为黏结剂,经过打浆、搅拌发泡、滤水和干燥,制备纸浆纤维基泡沫材料。在此基础上,通过涂布聚乳酸/二氧化硅进行疏水改性,降低纸浆纤维基泡沫的吸湿性。结果性能测试表明,所得纸浆泡沫具有超低密度(0.0443~0.0698 g/cm^(3))、高孔隙率(95.22%~97.04%)、低热导率(0.0711~0.0811W/(m·K))、优异的回弹性(1次压缩回弹率可达91.65%,10次压缩回弹率为87.77%)。聚乳酸/二氧化硅涂层显著提高了纸浆纤维基泡沫的隔热性能、疏水性(接触角为132.3°)。结论疏水型纸浆纤维基泡沫可代替传统泡沫用于冷链包装,支持包装行业的可持续发展。

以十八烷胺疏水改性的HKUST-1为固定相的微型气相色谱柱

金属有机骨架(MOF)材料被广泛用作微型气相色谱柱(μGCC)固定相,对轻烃气体有着良好的分离效果,但是其有亲水特性,吸水后结构易崩塌,导致μGCC的分离性能降低。利用铜基金属有机骨架HKUST-1上的配位不饱和金属位点与十八烷胺通过配位作用反应生成一种疏水复合材料OA-HKUST-1,长烷基链的十八烷胺表面能较低,提高了HKUST-1的疏水性和稳定性。将OA-HKUST-1用作μGCC固定相,分离结果表明,使用OA-HKUST-1固定相的μGCC对轻烃混合气体(甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷)实现完全分离,其中较难分离的甲烷和乙烷分离度达到5.993。通过6个月的定期测试,甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷各组分保留因子的相对标准偏差均小于2%,验证了良好的疏水稳定性。

表面刻蚀/聚硅氧烷修饰纯棉水刺材料的制备及其性能

针对伤口愈合中新生肉芽组织易粘连敷料引起创面二次感染的问题,通过等离子体刻蚀协同喷涂聚硅氧烷疏水改性纯棉水刺非织造材料,制备了一种具有防粘连潜力的非织造基医用敷料。采用正交试验方法,优化等离子体放电时间、等离子体放电功率及喷涂线速度工艺参数,同时对优化处理前后材料的疏水、表面形貌、化学结构、力学、防粘连、生物相容等性能进行测试与分析。结果表明:当放电时间为9 min、放电功率为25 W、喷涂线速度为5 mm/s时,纯棉水刺材料疏水效果最佳,接触角为141.1°;优化处理能有效提升材料的防粘连性能,其纵向剥离能为(350.0±29.9)J/m^(2),横向剥离能为(363.1±46.9)J/m^(2),满足医用敷料防粘连要求;同时优化处理材料溶血率小于5%,凝血功能得到明显提升且无细胞毒性,满足医用材料生物相容性要求。

生物基气凝胶的改性及功能化研究进展

主要综述了生物基气凝胶在阻燃和疏水性能及其他功能化改性方面的主要方法;并对改性的生物基气凝胶在防火阻燃、环境修复、储能、生物医药等领域的相关应用进展进行综述;最后,对生物基气凝胶的发展过程中仍存在的科学及技术问题进行分析,并对功能化的生物基气凝胶发展前景进行展望。

超疏水改性水泥基材料设计及性能研究

【目的】研究纳米二氧化硅和硅氧烷对水泥基材料的超疏水改性效果及其性能影响。【方法】以水泥材料为主体,通过正交试验方法优选改性材料十二烷基三甲氧基硅烷(dodecyltrimethoxysilane,DTES)、纳米二氧化硅(nano-silica,NS)和聚羧酸高效减水剂(polycarboxylate superplasticizer,PCE)的最佳配比,并采用强度试验、水化热测试、水接触角测量和毛细吸水试验评估改性材料对水泥力学性能和疏水性能的作用。【结果】DTES、NS和PCE的最佳质量分数分别为3.00%、1.80%和0.25%;改性水泥试样表面的水接触角高达152.50°,毛细吸水系数降低91%以上,3 d抗折强度、28 d抗压强度分别下降19%、12%。【结论】改性材料的协同作用使水泥基材料表面达到超疏水状态,同时具备良好的抗水渗透性能,其中DTES影响水泥强度,NS对抗压强度和后期抗折强度起增强作用。