硅橡膠/聚丙烯酰胺＠二氧化鈦超疏水材料的制備及耐久性能

胡云浩,于 良,馬小凡,畢紅華,孫舉濤*

(1.青島科技大學 高分子科學與工程學院,山東 青島266042;2.中國檢驗認證集團山東有限公司,山東 青島266071)

超疏水材料指水在材料表面的接觸角大于150°,滾動角小于10°的材料。超疏水材料由于優異的疏水性、防冰性[1-2],減阻[3]等,被認為是一種有巨大潛力的材料。超疏水性表面通常需要2個基本特征:微米或納米的表面形貌和非極性的表面化學性質,以幫助捕集稀薄的空氣層,可減少固體表面與表面之間有吸引力的相互作用液體。但這種微納結構和非極性化學物質十分脆弱,極易受到機械損壞和化學降解[4-9]。因此機械耐久性是超疏水性表面在工業應用上的最重要的要求,而關于提高各種磨損的抵抗力的研究受到廣泛關注[10-14]。

超疏水性表面上的機械接觸或磨損會破壞甚至消除表面上的多尺度粗糙度特征,導致暴露親水基團或者基體,從而導致疏水性受到破壞。而使用彈性基體來代替剛性基體,利用橡膠在受到剪切力時發生彈性變形的性能,分擔外界機械力,減小對于表面微納米結構的直接破壞,增強材料的疏水性穩定性。

本研究提出了一種通過在溶脹的硅橡膠中進行溶膠-凝膠工藝來制備耐用的超疏水表面的簡便方法。通過將催化劑溶脹到橡膠,再浸入鈦酸四丁酯溶液中進行溶膠-凝膠反應,經過催化作用在橡膠表面“原位生長”出Ti O2顆粒,形成多尺度粗糙結構。此外通過在橡膠中添加聚丙烯酰胺(PA M),利用PA M和硅橡膠相容性差,會從硫化膠中析出到表面的原理,制備PA M/Ti O2微納米粗糙結構,進一步提升超疏水的穩定性。……