环氧树脂复合材料自清洁涂料的制备及性能综述--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

环氧树脂复合材料自清洁涂料的制备及性能综述

发表时间：2021/6/8 来源：《基层建设》2021年第2期作者：袁治城

[导读] 摘要：人们在很早以前由于模拟了荷叶表面微纳结构，发现了水滴在荷叶表明的接触角大于 150°，从而促使了超疏水涂料的出现。

        重庆交通大学土木工程学院重庆 400041
        摘要：人们在很早以前由于模拟了荷叶表面微纳结构，发现了水滴在荷叶表明的接触角大于 150°，从而促使了超疏水涂料的出现。在近些年超疏水性涂料在建筑工程等方面的广泛应用，使得人们对超疏水涂料应用要求越来越高，而环氧树脂复合材料出现，让超疏水涂料有了更好的应用前景。
        关键词：超疏水；环氧树脂；清洁涂料
        1、环氧树脂复合材料的自清洁涂料原理
        超疏水涂料是指水滴与涂料的接触角大于 150°，滚动角小于 10°。在这种情况下水滴不能够继续扩展，只能够被疏水表面限制成球形形态，当有一个小的滚动角时，水滴就会在表面滚动，带走污染物，从而达到疏水自清洁功能，即高接触角，低滚动角这种涂料。超疏水自清洁涂料的关键就在于低表面能和粗糙度，这两种性能都是由该物质的化学组成以及微观结构组成，超疏水表面的制备有两种方法：一种是在粗糙的表面修饰表面能物质，一种是是在表面制造粗糙结构。而环氧树脂是一种具有较高的粘结强结剂使用，例如向其中加入纳米级二氧化硅颗粒或者金属氧化物，使其表面粗糙度增加，而且具有很好的粘结能力，从而达到疏水自清洁功能。
        2、环氧树脂复合材料的自清洁涂料的制备
        目前在国内外已经对这方面材料已经有过很多成熟制备的报道了，通过降低表面能和引入其他低表面能物质才能够更好的实现超疏水自清洁。目前环氧树脂复合材料的制备方法无机纳米粒子修饰（二氧化硅，氧化锌等）、溶胶-凝胶法、激光离子刻蚀法、拉伸法、喷涂法，在此我们对这些方法进行总结。
        2.1 喷涂法
        目前来说，喷涂法是一种通过制备溶液对基体进行喷涂。目前是最简单快捷的超疏水材料制备的方法，
        Feng[1]等人通过喷涂法制备了一种水性环氧树脂涂料，通过改变表面的微观结构，对配方优化，显著提高了耐水性。
        Wu[2]等人通过喷涂制备了环氧树脂/二硫化钼纳米复合涂层，并使用聚四氟蜡粉末改善了复合涂层的疏水性能及摩擦学性能。
        2.2 无机纳米粒子修饰法
        无机纳米粒子修饰法是一中通过无机纳米粒子对材料进行改性，从而调控材料的亲水性达到超疏水效果。
        Hao[3]等人将改性后石墨烯粉末通过球磨机均匀分散于环氧树脂涂料中以提高 7A52 铝合金表面。机涂层的耐腐蚀性能纳米级石墨烯可以填补在环氧树脂固化时产生的微孔中，增强涂层的致密性并增加腐蚀介质在涂层中的扩散路径，增强涂层的耐腐蚀性能，同时石墨烯的添加可以提高涂层强度、硬度、耐磨等性能。
        2.3 溶液沉浸法
        有机溶剂浸泡法是一种通过适当的聚合物溶液或脂肪酸等有机溶液浸泡金属，使得金属表面经过一系列化学反应或自组装过程后，获得具有一定特殊结构的疏水性薄膜的方法。
        Zhao[1]通过浸泡法，制备了环氧树脂/纳米SiO2复合超疏水表面，制备出超疏水表面具有二元微纳复合粗糙结构，表面水滴静态接触角达到152°；具有良好的超疏水性能，表现出优异的防湿闪性能。
        2.4 表面氧化法
        阳极氧化法是一种通过利用适当氧化剂在基体表面得到类花状或棒状的氧化膜，经低表面能物质修饰后获得超疏水表面的方法。
        Alamri[4]等人通过自洁荷叶为灵感，提出来了一种低工艺成本制备出超疏水性二氧化硅涂层纳米磁性粒子。产生了成花状树枝纤维形态，提高了表明粗糙度，降低表面能，这对制备其他磁性超疏水性有机-无机杂化材料提供了一个很有前途的路线。
        2.5溶胶-凝胶法
        溶胶-凝胶法是将化学活性高的化合物水解后得到的溶胶进行缩合反应，并将生成的凝胶干燥以形成微/纳米孔状结构，从而使其具有超疏水性的一种制备方法，但是存在制备工艺路线比较长、得到的表面结构可控性差和有溶剂污染等缺点。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        Zhu[5]等人采用溶胶-凝胶法，以氨基丙基三乙氧基硅烷开环改性的双酚 A 型环氧树脂为原料合成环氧树脂溶胶颗粒，利用含氢硅油（PMHS）对其表面进行疏水改性，通过涂覆的方式在基底表面成功制备超疏水涂膜。实验表明制备的涂膜具有良好的综合性能。
        2.6 刻蚀法
        刻蚀技术是指通过物理或化学的方法将目标物表面刻蚀成微粗糙形貌的过程，激光刻蚀、等离子刻蚀、化学刻蚀、光刻蚀是较为常用的几种微刻蚀方法。
        Zheng[7]等人在一种在硫酸电解液中进行阳极氧化，然后用廉价的肉豆蔻酸在铝表面改性方法，在铝表面制备了一种超疏水涂层。该涂层具有良好的机械稳定性和化学稳定性，而且还具有良好的自清洗和防结冰性能。
        2.7 其他方法
        Li[5]等人利用激光加工在钛合金表面构建微米级粗糙结构，采用环氧树脂溶液和纳米二氧化硅分散液对该表面进行涂覆处理，对得到的微/纳分级粗糙表面进行全氟硅烷修饰，得到具有超疏水性的复合膜层。
        Chu[5]等人采用喷雾法制备了超疏水性涂料。利用工业化的纳米水R974作为“尘埃”，环氧树脂作为“涂料”制备了具有高粘结强度的超疏水膜。将R974 -乙醇包覆在玻璃载玻片上的环氧树脂涂膜上，制备了超疏水膜。
        3.1 自清洁能力
        环氧树脂复合材料采用的纳米材料具有极低的表面张力，从而具有强劲的疏水、抗油污能力；灰尘等污物与涂层表面接触面积大大减少，从而具有无比优越的自动清洁特性；水在物体表面犹如在荷叶上一样滚落而不留水迹，能有效延长保洁时间。
        Zhong[9]等人在进行超疏水涂层的自洁特性时，使用矿渣粉作为污染物同时使镀膜玻璃幻灯片7°倾斜，液滴滚下，带走了路上的渣粉。涂层表面与之前一样。此外，该超疏水双层涂层可应用于各种基材，如陶瓷、塑料（PET）、木材、纸板和花岗岩作为基体时都表现出良好的自清洁能力。
        3.2 化学耐久性
        该环氧树脂复合材料抵抗化学环境长期破坏作用的能力。即保证其经久耐用的能力。耐久性越好，材料的使用寿命越长。
        Yu[8]等人为了测试涂层的耐酸耐碱性能，将涂层放入到PH为1-12的环境当中后，它可以观察到，超疏水接触角主要在整个pH值1-12中高于150°范围内，表明涂层有良好的耐酸性和碱性液体。结果表明，超疏水环氧树脂复合材料涂层可以适应广泛的pH环境。
        3.3 机械稳定性
        在环氧树脂复合材料中通过对涂层的磨损来表现出该涂层的机械稳定性。
        Zhang等人在对涂层进行机械耐久性实验时，发现该涂层具有优异的超疏水性和强大的机械耐久性，即使在经过手指擦拭试验、刀痕试验和砂纸磨损后也能保持这种性能。每10次磨损后进行超疏水接触角测量。接触角随着摩擦周期的增加而减小。
        结论：
        环氧树脂复合材料涂料的出现对生活中具有非常广阔的应用前景，可以在生活的方方面面都能运用而且具有重大的意义。但是这种涂料存在的问题也有很多，目前最主要的问题是耐久时间不足，对提高环氧树脂复合材料的耐久性措施如下：
        在制备环氧树脂树脂复合材料涂料时，适当的控制加入SiO2的含量一般在3%时，耐久性能最佳。
        在制备涂料时掺入氧化物或者无机粒子新型材料进行混合，产生新的化学结构，这样涂料的耐久性和其他性能能够增加。
        参考文献：
        [1] Jing Zhang，Aqueous epoxy-based superhydrophobic coatings：Fabrication and stability in water[J].Progress in Organic Coatings.2018
        [2] 吴孔强.环氧树脂 /二硫化钼纳米复合涂层的疏水及摩擦学性能研究[J]。真空科学与技术学报 2016
        [3]zhang yan，A superhydrophobic EP/PDMS nanocomposite coating with highgamma radiation stability[J].Applied Surface Science 2018