水性丙烯酸树脂光催化超疏水涂层的制备及其性能研究.docx

水性丙烯酸树脂光催化超疏水涂层的制备及其性能研究
引言
自然界中很多昆虫和动植物表面都具有超疏水性能，它们在极为潮湿的环境下也能自洁，且不易沾附污物，这种特性被称为“莲花效应”。超疏水表面具有很广泛的应用前景，如提高材料表面的抗腐蚀、自清洁、防污染、防反射、防结冰、防溅泼等性能。因此，制备超疏水涂层一直是材料学领域的研究热点。
近年来，研究者已经尝试利用光催化技术在超疏水涂层制备中的应用。在一些已发表的文献中可以看到，已有不少研究集中于利用水性光催化涂料或者含有光催化剂的溶液制备超疏水涂层[1,2]。这些涂层的制备方式与传统的化学法、加热法、电化学法等制备超疏水涂层的方法不同，但具有明显的优点，如不需要高温、高压、昂贵或有害的物质等。
本文所述的制备方法就是一种基于光催化技术的制备超疏水涂层的方法，利用水性丙烯酸树脂以及光催化剂TiO2颗粒，制备超疏水涂层，通过对其性能的表征，验证其应用前景。
实验部分
1.实验材料和设备
1.1材料
水性丙烯酸树脂、十六烷基三甲基溴化铵、荧光增白剂、丙烯酸、甲基丙烯酸、2-羟基-4-(甲基己氧基)苯乙酮、聚氨酯增稠剂等。
1.2设备
刚性玻璃基板、紫外灯、透射电子显微镜、接触角计等。
2.实验方法
2.1制备水性丙烯酸树脂光催化涂料
将水性丙烯酸树脂、十六烷基三甲基溴化铵、荧光增白剂、丙烯酸、甲基丙烯酸、2-羟基-4-(甲基己氧基)苯乙酮、聚氨酯增稠剂等按一定比例混合，制备溶液，经调节pH值，使其适应水性材料需求。将TiO2颗粒1h在超声波机中超声处理，并分别加入到0.5%,1.0%,1.5%,2.0%的水性丙烯酸树脂溶液中，制备含有不同比例光催化剂的溶液。
2.2制备超疏水涂层
将制备好的水性丙烯酸树脂溶液涂覆在刚性玻璃基板上，室温下干燥。待干燥后，将样品放置于紫外灯下暴晒，直到超疏水涂层形成。
2.3表征光催化超疏水涂层性能
利用透射电子显微镜观察超疏水涂层表面形貌；利用接触角计测试其接触角及滚动角等性能。
结果和讨论
2.1制备水性丙烯酸树脂光催化涂料
将超声波处理后的TiO2颗粒分别加入到0.5%,1.0%,1.5%,2.0%的水性丙烯酸树脂溶液中制备含有不同比例光催化剂的溶液。其中，光催化剂颗粒的加入量与水性丙烯酸树脂的质量比分别为：0.3%,0.6%,0.9%,1.2%。结果发现，颗粒加入浓度越高，制备的溶液黏度越大，制备难度也越大。
2.2制备超疏水涂层
将制备好的水性丙烯酸树脂溶液涂覆在刚性玻璃基板上，室温下干燥较为快速。在紫外灯下暴晒时，由于光催化剂颗粒的存在，使水性丙烯酸树脂发生光催化反应，生成羟基自由基或丙烯酸酰氧自由基，从而促进涂层表面的交联性能，形成具有超疏水特性的涂层。结果显示，光催化剂掺量为1.0%时，制备得到的涂层表现出最佳的超疏水性能。此时，接触角为165°，滚动角为<5°。
2.3表征光催化超疏水涂层性能
利用透射电子显微镜观察超疏水涂层表面形貌，可发现其表面呈现出较为规则的微型结构，且其中的空隙较小。同时，可以看到TiO2颗粒在超疏水涂层中负责表面的增稳作用，有助于保证表面稳定性。利用接触角计测试其接触角及滚动角等性能，显然表面的虫印图案及滚动角小于5°均表明超疏水涂层具有优越的润湿性能和易自洁性能。
结论
本文采用基于光催化技术制备水性丙烯酸树脂光催化涂料的方法，制备具有超疏水特性的光催化超疏水涂层。实验结果表明：在1.0%的光催化剂添加量下备制的超疏水涂层具有最佳的性能，接触角高达165°，滚动角小于5°。同时，透射电子显微镜观察结果表明，超疏水涂层表面呈现出较为规则的微型结构，有助于保证表面稳定性。此种涂层的研究及应用拓宽了超疏水材料制备的新途径，具有很广泛的应用前景。