γ-PGA生物纳米涂层的制备与性能研究

首先对生物大分子γ-聚谷氨酸(γ-PGA)进行自组装,制备γ-PGA自组装胶束粒子,利用Zeta电位及纳米粒度分析仪,原子力显微镜(AFM)对胶束粒子的基本性能进行表征。接着以γ-PGA自组装胶束粒子溶液为电解液,通过电沉积技术,在镁合金表面制备γ-PGA生物纳米涂层材料。采用全反射傅里叶变换红外光谱仪(ATR-FT-IR),X射线衍射仪(XRD),超景深显微镜,扫描电子显微镜(SEM)对涂层样品进行表征。研究结果表明,γ-PGA自组装胶束粒子的流体动力学直径约为221.1nm,所制备的生物纳米涂层材料可降低镁合金的腐蚀速率,且经乙二胺化学交联后涂层的防护性能将得到进一步改善。本文直接使用未改性的γ-PGA为组装基元制备胶束粒子,为γ-PGA的组装提供了一种简便方法,同时利用电诱导将其固定在金属基材表面制备生物纳米涂层材料,进一步拓宽了基于γ-聚谷氨酸自组装胶束粒子的应用领域。     

CaCO3/SiO2复合粒子涂层的表面结构及其疏水性能研究

以机械高速搅拌法制备了具有草莓结构的CaCO₃/SiO₂复合粒子,并对其进行了表面修饰改性.利用聚硅氧烷的自组装功能,将制备的复合粒子与硅氧烷一起制备了具有“荷叶效应”的超疏水涂层,静态水接触角达169°,滚动角约为2°.通过扫描电镜观察涂层的表面微观形貌,发现该涂层具有微米-纳米相结合的双层粗糙结构.微米凸起的粒径在2～3μm左右,纳米凸起的粒径约为200nm左右,与荷叶具有类似的结构排布方式.通过原子力显微镜和接触角的测试,探讨了表面微观结构、涂层粗糙度和涂层疏水性能之间的关系.结果表明：复合粒子构成的非均相界面的水接触角符合Cassie模型.复合粒子赋予涂层的双微观粗糙结构与自组装成膜硅氧烷的低表面能的协同效应,使涂层具有了优良的超疏水性能.     

CaCO3/SiO2复合粒子涂层的表面结构及其疏水性能研究

以机械高速搅拌法制备了具有草莓结构的CaCO₃/SiO₂复合粒子,并对其进行了表面修饰改性.利用聚硅氧烷的自组装功能,将制备的复合粒子与硅氧烷一起制备了具有“荷叶效应”的超疏水涂层,静态水接触角达169°,滚动角约为2°.通过扫描电镜观察涂层的表面微观形貌,发现该涂层具有微米-纳米相结合的双层粗糙结构.微米凸起的粒径在2～3μm左右,纳米凸起的粒径约为200nm左右,与荷叶具有类似的结构排布方式.通过原子力显微镜和接触角的测试,探讨了表面微观结构、涂层粗糙度和涂层疏水性能之间的关系.结果表明：复合粒子构成的非均相界面的水接触角符合Cassie模型.复合粒子赋予涂层的双微观粗糙结构与自组装成膜硅氧烷的低表面能的协同效应,使涂层具有了优良的超疏水性能.     

基于聚二甲基硅氧烷和纳米CaCO_3的超疏水自清洁涂层的制备

利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)与纳米CaCO_3,采用有机无机共混法制备有机无机复合涂层。向PDMS中引入适量的纳米CaCO_3粒子能显著提高复合涂层的表面接触角,纳米CaCO_3粒子的引入将PDMS涂层的表面接触角从113°提高到158°。该复合涂层具有非常好的自清洁性能。此外,该方法操作简单、步骤简便、无需特殊设备、适合大面积制备且生产成本低。因此,该超疏水自清洁涂层具有实用价值。     

壳聚糖/单宁酸复合胶体粒子的制备及功能涂层研究

以壳聚糖(Chitosan,CS)和单宁酸(Tannic acid,TA)为组装基元,在水溶液中通过pH诱导组装制备壳聚糖/单宁酸(CS/TA)复合胶体粒子,用透射电子显微镜(TEM)对复合胶体粒子的尺寸及形貌进行了表征。再将复合胶体粒子水分散液为电泳沉积液,通过电泳沉积技术诱导复合胶体粒子在316L不锈钢表面二次组装制备纳米功能涂层;利用接触角测试对涂层表面的亲疏水性进行了研究;并通过体外细胞实验探究了涂层的细胞相容性,抗菌实验测试了涂层对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌活性。研究结果表明,通过电诱导胶体粒子可以在316L不锈钢表面形成了致密的纳米涂层材料,涂层具有良好的细胞相容性和抗菌作用,在生物涂层领域有着潜在应用前景。     

微米SiO_2粒子对硅丙树脂防污涂料性能的影响

在涂料中添加微纳米粒子可改善其性能,目前有关微米粒子对涂料防污、防腐蚀性能影响的报道较少。用自制的硅丙树脂作为基料,通过添加微米SiO_2粒子制得了防污涂料。利用静态接触角、硬度、黏附力和电化学阻抗测试探究了微米SiO_2粒子对涂层性能的影响。结果表明:微米SiO_2可稳定硅丙树脂涂层的静态海水接触角和力学性能,并提高涂层的耐海水腐蚀性能,且当微米SiO_2粒子含量为16.7%(质量分数)时,涂层的静态海水接触角和耐蚀性能最好。     

有机-无机自组装制备类荷叶结构超疏水涂层及其性能研究

以γ-氨丙基三乙氧基硅烷(硅烷偶联剂KH550)为连接剂,利用硅氧烷水解形成硅羟基的自组装功能,将聚四氟乙烯(PTFE)烧结形成的纳米级纤维与硅氧烷团聚的微米级粒子结合,制备了具有类荷叶表面形貌的超疏水涂层,其静态水接触角达152°,滚动角约为5°.通过扫描电镜观察涂层的表面微观形貌,发现该涂层具有微/纳米二级结构.利用Cassie方程,探讨了表面微观结构和涂层疏水性能之间的关系.用电化学交流阻抗谱(EIS)分析覆有涂层的试样在模拟腐蚀环境下的腐蚀行为,结果表明该试样的腐蚀电流比裸钢片降低了3～4个数量级,说明该涂层具有较好的防腐性能。     

LBL技术改善薄膜性能的研究进展

在塑料薄膜上将高分子和各种功能的无机纳米粒子通过层层吸附自组装技术进行组装,制备厚度可控和稳定性好的有机/无机纳米涂层,可大幅度提高薄膜的性能。本文介绍了LBL技术制备纳米涂层对塑料薄膜阻隔性和抗菌性的影响,并对利用LBL技术改善薄膜性能的发展趋势做了展望。     

自清洁聚氯乙烯型材的制备与性能

用硅丙乳液与纳米SiO2粒子在聚氯乙烯(PVC)型材表面制备了仿生自清洁涂层,采用扫描电镜、接触角表征了其低表面能、微-纳米粗糙结构。研究发现,当纳米SiO2含量为1.00%时,PVC型材表面涂层的接触角为151°,构成了超疏水表面。经集灰和耐玷污性实验发现,水滴能将面涂涂层的PVC型材表面的炭黑带走,涂层具有防污自清洁性能。耐候性研究表明,面涂涂层的PVC型材在老化10 d后,其总色差ΔE变化为8.61,具有优异的抗紫外老化性能,而没有涂层的PVC型材总色差变化为30.67,延长了户外PVC建筑型材的使用寿命。     

PTFE/epoxy全有机超疏水涂层制备EI北大核心CSCD

采用纳米粒子构筑微-纳粗糙结构制备的超疏水涂层一般存在抗水流冲击能力差的缺点,极大限制了其户外应用前景。利用环氧树脂和聚四氟乙烯(PTFE)纳米粒子,通过喷涂和模压两种工艺分别制备低声阻系数的全有机超疏水涂层,基于水流冲击破坏机理设计实验分析涂层的抗水流冲击性能,并与商用超疏水涂层对比。结果表明:PTFE粒子为70%(质量分数,下同)时,其疏水性能最佳,静态接触角为164.13°,滚动角为3°;PTFE粒子为75%时,其抗水流冲击性能最佳,在被速度为22.77 m/s的水流冲击后接触角仍达到154.62°;与喷涂法相比,模压法能进一步提高涂层的抗水冲击性能。本研究所制备的全有机超疏水涂层同时还具有良好的附着性能和耐磨性能,在进行25次黏附剥离实验后涂层表面接触角为150.51°,滚动角为4°,在进行20次磨损实验后涂层表面接触角为149.21°,滚动角为9°。     

PTFE/epoxy全有机超疏水涂层制备

采用纳米粒子构筑微-纳粗糙结构制备的超疏水涂层一般存在抗水流冲击能力差的缺点,极大限制了其户外应用前景。利用环氧树脂和聚四氟乙烯(PTFE)纳米粒子,通过喷涂和模压两种工艺分别制备低声阻系数的全有机超疏水涂层,基于水流冲击破坏机理设计实验分析涂层的抗水流冲击性能,并与商用超疏水涂层对比。结果表明:PTFE粒子为70%(质量分数,下同)时,其疏水性能最佳,静态接触角为164.13°,滚动角为3°;PTFE粒子为75%时,其抗水流冲击性能最佳,在被速度为22.77 m/s的水流冲击后接触角仍达到154.62°;与喷涂法相比,模压法能进一步提高涂层的抗水冲击性能。本研究所制备的全有机超疏水涂层同时还具有良好的附着性能和耐磨性能,在进行25次黏附剥离实验后涂层表面接触角为150.51°,滚动角为4°,在进行20次磨损实验后涂层表面接触角为149.21°,滚动角为9°。     

纳米TiO_2粒子的改性及其在有机硅自洁涂料中的应用

利用硅烷偶联剂KH-570对纳米TiO2粒子进行表面改性,并将改性后的纳米TiO2粒子应用于有机硅自洁涂料的制备。结果显示,纳米TiO2粒子表面改性成功,且在有机硅自洁涂料中呈现出良好的分散性。实验进一步考察了纳米TiO2粒子的添加量对有机硅自洁涂层的影响。结果显示,随着纳米TiO2粒子用量的增加,涂层的接触角先增大后减小,当纳米TiO2粒子的用量为0.25%时,涂层接触角最大,达到129°。最后对涂膜的耐污、耐候性能进行了测试,发现涂膜具有良好的防水耐污性及耐老化性。     

SiO2或TiO2纳米粒子/含氟聚丙烯酸酯复合涂层的制备及其防腐蚀性能

通过在含氟聚丙烯酸酯(PFHI)溶液中添加固体纳米粒子,经涂覆热固化后得到了厚度约为1 μm的SiO₂或TiO₂纳米粒子/PFHI复合涂层,考察了SiO₂或TiO₂两种纳米粒子质量分数对复合涂层表面性质和防腐蚀性能的影响。利用Tafel极化曲线和电化学交流阻抗(EIS)测试研究了复合涂层在3.5wt% NaCl溶液中的电化学防腐蚀性能,并运用XPS、衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、TG-DTA、SEM、光学接触角(OCA)手段对复合涂层进行表征。结果表明,添加SiO₂或TiO₂纳米粒子均可大幅提高PFHI涂层的电化学防腐蚀性能,SiO₂与PFHI质量比为0.3的SiO₂/PFHI复合涂层电荷转移阻抗值R_ct与PFHI涂层相比上升了2个数量级。SiO₂或TiO₂纳米粒子增大了涂层表面粗糙度,与PFHI紧密结合形成致密的复合涂层,提高了涂层的疏水性和致密性,从而改善了涂层的抗腐蚀性能。      

镁合金超疏水环氧复合涂层的制备与性能EI北大核心CSCD

传统的超疏水表面的制备过程比较复杂,机械稳定性差,这严重制约了超疏水表面的实际应用。采用“黏合剂+纳米粒子”的方法,在镁合金表面制备一种无氟、持久稳定的超疏水环氧复合涂层。接触角测试结果表明,复合涂层的接触角最高可达160.2°,且在3.5%(质量分数)NaCl溶液中浸泡30天后,接触角仍然高达103°;EIS结果表明,在5个加速老化循环周期后,复合涂层的|Z|_(0.01 Hz)仍高于10^(9)Ω·cm^(2),展现出优异的耐盐雾性能和耐蚀性能;摩擦磨损实验结果显示,在19.6 N的载荷下机械摩擦8 h后,复合涂层的|Z|_(0.01 Hz)高达1.84×10^(9)Ω·cm^(2)。通过“空气垫”的屏障作用,复合涂层能够为镁合金提供高效且持久的腐蚀防护,“黏合剂+纳米粒子”策略为超疏水涂层的制备提供了新的思路。     

贻贝启发的两性离子纳米二氧化硅防污涂层的制备

通过多巴胺沉积修饰纳米粒子表面,并结合迈克尔加成以及季铵化反应以及两性离子修饰制备了改性纳米二氧化硅,并采用一步沉积法制备了两性离子纳米粒子防污涂层。接触角及抗污性能测试表明,该涂层具备优异的亲水性和抗牛血清蛋白吸附性能,有抗生物污染能力。     

纳米Zr粒子改性环氧涂层的耐腐蚀性能

使用纳米Zr粒子和环氧树脂制备出纳米复合环氧涂料,用透射电镜(TEM)、X射线衍射光谱(XRD)对纳米Zr粒子进行了表征,并测试了不同含量纳米Zr粒子涂层力学性能。根据盐雾试验和电化学阻抗谱(EIS)试验结果研究了纳米Zr粒子对涂层耐腐蚀性能的影响。结果表明,在10%纳米Zr粒子涂层中水的扩散系数为6.0×10-6cm2/s,比其它涂层降低了一个数量级。适量的惰性纳米Zr粒子在涂层中均匀分散产生的物理屏蔽作用,提高了涂层的耐腐蚀性能。     

改性纳米TiO2/PTFE复合氟碳防污闪涂层的制备及其性能

为防止输电线路上污闪事故的发生,以氟碳树脂(FEVE)为成膜剂,以改性纳米TiO2和聚四氟乙烯(PTFE)微粉为复合填料,制备了一种新型的有自清洁效应的纳米TiO2/PTFE复合氟碳防污闪涂料.采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)表征纳米TiO2改性前后的结构,通过扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、接触角测量仪对复合氟碳防污闪涂层表面的微观结构及疏水性进行了分析,对涂层表面的光催化自清洁性和疏水性保持机制进行了深入探讨.结果表明:改性纳米TiO2和PTFE通过化学键合作用在复合氟碳防污闪涂层表面构建了微纳复合粗糙结构,与水静态接触角达134°,涂层不仅具有优良的理化、电气绝缘性能,而且还具有有效的自清洁功能和疏水性保持性能.     

纳米微结构涂层的制备及其超疏水性研究

通过简便的纳米粒子填充法制备超疏水表面,将SiO2纳米粒子与含氟丙烯酸酯聚合物按不同比例混溶制备出具有不同微结构的表面,并探讨了表面微结构对润湿性能的影响.接触角测试表明,随着SiO2纳米粒子含量的增加,涂层与水接触角逐渐增大,并且当SiO2与聚合物质量比＞1.2时发生突跃,显示出超疏水性质.采用X射线光电子能谱分析了涂层表面化学环境,通过扫描电子显微镜、原子力显微镜、孔结构分析等方法观察和分析了不同SiO2纳米粒子含量时涂层表面微结构.研究结果表明,涂层表面润湿特性的变化主要归因于其表面微结构的不同.并通过粗糙表面润湿理论的Wenzel模型和Cassie模型解释了表面微结构对润湿性的影响及接触角的突跃现象.     

纳米CaCO3/TiO2复合粒子制备超疏水膜

采用溶胶-凝胶法,用γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲基氧硅烷和油酸修饰纳米CaCO3/TiO2复合粒子,制备具有类似荷叶表面形貌的超疏水涂层。结合扫描电镜、红外光谱、热重和示差扫描量热仪对复合粒子进行表征。结果表明,纳米TiO2粒子物理复合在纳米CaCO3表面,复合粒子经修饰后引入了疏水性的甲基,形成纳米复合双重粗糙结构,使所制备的涂层表现出优良的超疏水性能,其中接触角为162.1°,滚动角7°。     

基于纳米TiO_2逐层自组装的聚偏氟乙烯膜亲水化改性研究

采用逐层自组装方法,利用三乙烯四胺盐对纳米TiO2的吸附作用,把直径约20nm的TiO2颗粒逐层组装到聚偏氟乙烯(PVDF)膜表面,研究了纳米TiO2组装层数对PVDF改性膜接触角的影响,发现当组装层数为1和3时改性PVDF膜初始接触角略有增大,而随着冻结时间延长改性PVDF膜接触角显著减小。当组装层数为5时PVDF改性膜的初始接触角从101.2°显著减小到72.1°,并在1min内被水滴完全浸润,探讨了纳米TiO2组装PVDF改性膜微观结构对其亲水性能的影响机制。研究结果可用于发展分散均匀的高亲水性PVDF膜,提高PVDF膜的抗污染性能并延长其循环使用寿命。