采用噴涂技術(shù),在馬口鐵表面噴涂環(huán)氧樹脂和二氧化硅復(fù)合涂層,研究了二氧化硅的含量對表面疏水性的影響,復(fù)合涂層的疏水性隨二氧化硅含量的增加而增加.當(dāng)二氧化硅質(zhì)量分數(shù)增大到40%時,所制備的復(fù)合涂層與水的接觸角約為141°且具有較小的滾動角.

    潤濕性是固體表面的一個重要特征,無論在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還是在日常生活中都發(fā)揮著重要的作用.近幾年來,具有超疏水性的界面材料引起了人們的廣泛關(guān)注,研究者通過多種方法來制備超疏水表面,其中在低表面能材料的表面構(gòu)筑粗糙表面是獲得超疏水性能的有效途徑, Jiang等人利用冷噴涂技術(shù),在具有絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不銹鋼表面上制備均勻的聚四氟乙烯涂層,獲得超疏水表面,但該方法需要在基材表面預(yù)先構(gòu)筑微結(jié)構(gòu);Wang等人在聚苯乙烯涂層中添加二氧化硅微粒,增加了聚苯乙烯涂層的表面粗糙度,提高了其疏水性,但聚苯乙烯涂層與金屬基材之間結(jié)合力較差,不能附著在金屬基材上.為了得到與金屬基材結(jié)合力較好的疏水聚合物涂層,本文作者選用廣泛應(yīng)用的工程材料環(huán)氧樹脂作為噴涂材料,環(huán)氧樹脂具有較高的粘結(jié)強度,與金屬表面結(jié)合力較強,常作為粘結(jié)劑使用,且涂層可室溫或低溫固化,固化收縮率小、穩(wěn)定性高、耐水、耐輻射、耐腐蝕和耐熱老化等優(yōu)異性能;通過向環(huán)氧樹脂中添加疏水二氧化硅顆粒,增加涂層表面的粗糙度,利用冷噴涂技術(shù),在馬口鐵表面制備環(huán)氧樹脂二氧化硅復(fù)合涂層,并考察了二氧化硅含量對復(fù)合涂層潤濕性能的影響,為制備具有工程應(yīng)用價值的超疏水涂層提供了科學(xué)依據(jù).

    1　實驗部分

    1.1　試劑

    環(huán)氧樹脂E-51,環(huán)氧值0. 51,無色黏稠狀液體,藍星新材料無錫樹脂廠生產(chǎn);乙二胺,環(huán)氧樹脂室溫固化劑,疏水二氧化硅,成都今天化工有限公司生產(chǎn),粒徑約為10μm.

    1.2　制備與表征

    以馬口鐵作基材,使用前依次用600, 800, 1000號耐水砂紙打磨,在丙酮中清洗晾干.將2 g環(huán)氧樹脂加入20 mL丙酮中,磁力攪拌1 h后,加入不同質(zhì)量分數(shù)的疏水SiO2(相對于環(huán)氧樹脂的含量),超聲20 min后,加入0. 15 g固化劑乙二胺,攪拌30 min,用以噴涂成膜.采用傳統(tǒng)的噴涂方法,使用荷花牌噴槍,載氣為空氣, 0. 4MPa,噴涂距離為20 cm,噴槍與樣品成90°.噴涂后的樣品室溫晾干, 50℃的烘箱中固化.JSM-5600LV型掃描電子顯微鏡(SEM)對樣品表面的形貌進行分析.在PHI-5702型多功能X射線光電子能譜儀上表征樣品中所含元素種類及其價態(tài),測試條件為MgKα激發(fā)源,通過能量29. 35 eV,以碳的C1s結(jié)合能284. 6 eV作為內(nèi)標(biāo),儀器的分辨率為±0. 3 eV.接觸角的測量采用DSA100型視頻光學(xué)接觸角測量儀,取10μL蒸餾水為探測液,在樣品表面不同區(qū)域取五個點,取平均值.2　結(jié)果與討論

    2.1　形貌分析

    為二氧化硅顆粒和不同SiO2含量時環(huán)氧樹脂/SiO2復(fù)合涂層表面的掃描電鏡圖.圖1a顯出了原料二氧化硅顆粒的掃描電鏡圖,二氧化硅為微米級顆粒,直徑約為10μm.圖1b、1c和1d分別為SiO2質(zhì)量分數(shù)為0、20%和40%時的環(huán)氧樹脂/SiO2復(fù)合涂層表面的掃描電鏡圖.從圖1可以看出,純的環(huán)氧樹脂涂層表面較致密平整,隨著涂層中SiO2質(zhì)量分數(shù)的增加,涂層表面的致密程度下降,粗糙程度增大,當(dāng)SiO2質(zhì)量分數(shù)為40%時,涂層表面呈現(xiàn)不規(guī)則的突起和空隙.

    2.2　潤濕性分析

    給出了所制備環(huán)氧樹脂/SiO2復(fù)合涂層表面的接觸角隨涂層中二氧化硅質(zhì)量分數(shù)的變化曲線圖,并給出了水滴在不同質(zhì)量分數(shù)的復(fù)合涂層表面上的輪廓圖.隨著涂層中二氧化硅含量的增加,涂層表面的接觸角增大;而且通過測量可知,涂層中二氧化硅含量較低時,水滴與涂層表面的動態(tài)接觸角較大;涂層中二氧化硅質(zhì)量分數(shù)增大時,水滴與涂層表面的動態(tài)接觸角較小,涂層中二氧化硅質(zhì)量分數(shù)達到40%,所制備復(fù)合涂層與水的接觸角約為141°,只要輕輕地傾斜樣品表面,水滴就能輕易地滑離涂層表面.

    2.3　X射線光電子能譜分析

    為不同SiO2含量時環(huán)氧樹脂/SiO2涂層表面的光電子能譜.a是SiO2質(zhì)量分數(shù)為10%時所制備環(huán)氧樹脂/SiO2復(fù)合涂層表面的光電子能譜,在含有10%二氧化硅的復(fù)合涂層表面的光電子能譜里,幾乎沒有硅元素能譜峰;圖3b是SiO2質(zhì)量分數(shù)為40%時所制備環(huán)氧樹脂/SiO2復(fù)合涂層表面的光電子能譜,在含有40%二氧化硅的復(fù)合涂層表面的光電子能譜里,出現(xiàn)了較強的硅元素能譜峰,通過計算得知Si元素占表面元素組成的25. 42%.由研究結(jié)果分析可知:當(dāng)涂層中二氧化硅含量較少時,環(huán)氧樹脂是連續(xù)相,二氧化硅顆粒填充到樹脂中間,與底材的結(jié)合力較強,但所制備的復(fù)合涂層表面的疏水性較差;當(dāng)涂層中二氧化硅含量較大時,環(huán)氧樹脂充當(dāng)黏結(jié)劑,把二氧化硅顆粒黏粘在金屬表面,所制備復(fù)合涂層表面的疏水性得到提高,且具有較小的滾動角,但涂層與底材的結(jié)合力較弱,若二氧化硅的含量繼續(xù)增大,環(huán)氧樹脂就不能很好地起到黏結(jié)劑的作用,將二氧化硅顆粒黏粘到金屬表面上.

    結(jié)論:通過冷噴涂技術(shù)制備了對金屬表面具有保護作用的環(huán)氧樹脂/SiO2復(fù)合涂層,研究了SiO2含量對復(fù)合涂層潤濕性的影響,結(jié)果表明,當(dāng)涂層中SiO2的質(zhì)量分數(shù)達到40%,復(fù)合涂層與水的接觸角約為141°,與水滴的動態(tài)接觸角較小.

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