摘要
纳米纤维素是自然界中来源最广泛和最丰富的一种生物质涂层材料，具有无毒和拉伸强度大的优异特性，引起了广泛关注。但由于纤维素的强亲水性，需要对它进行改性才能更好地应用于超疏水涂层。本论文通过TiO2和氟硅烷改性纤维素纳米晶须(CNWs)构筑超疏水涂层，得出TiO2改性、氟硅烷改性以及制备方法对超疏水涂层结构和性能的影响规律，主要分为以下几个部分: (1)TiO2改性纳米纤维素对复合涂层的影响 选用TiO2作为构造粗糙结构的无机粒子改性CNWs制备复合涂层，研究TiO2的添加量、粒径对涂层的表面微观结构、水接触角(WCA)的影响。结果表明TiO2/CNWs复合涂层的亲水性受涂层的表面粗糙度(Rq)、涂层中TiO2的分布、涂层的完整性以及微纳米级乳突结构的影响。当TiO2粒径为30nm、添加量为0.2wt.％时，复合涂层中的TiO2粒子相对均匀分布并形成微纳米级粗糙结构，此时涂层的Rq值达到最大值，为135nm，涂层的WCA达到最大值，为82.1°。 (2)氟硅烷改性TiO2/CNWs复合涂层的制备 采用氟硅烷修饰TiO2/CNWs复合涂层构筑木材基TiO2/CNWs复合涂层，探究氟硅烷改性条件及木材基材的PVA预处理对TiO2/CNWs复合涂层疏水性能和稳定性的影响。研究表明，木材基材的PVA预处理有利于提高TiO2/CNWs复合涂层的稳定性。氟硅烷修饰TiO2/CNWs复合涂层可提高TiO2/CNWs复合涂层的疏水性，当氟硅烷浓度为5％、改性温度70℃时，涂层WCA高达123.4°。 (3)氟硅烷/TiO2/CNWs超疏水复合涂层的制备及形成机理 在CNWs乳液中同时进行TiO2和氟硅烷改性，制备氟硅烷/TiO2/CNWs复合涂层，研究制备条件对复合涂层超疏水性能的影响，并探究氟硅烷/TiO2/CNWs超疏水复合涂层的形成机理。结果表明制备超疏水涂层的较优条件为:2％的氟硅烷乙醇溶液、沉积天数2天、反应pH值9、反应温度10℃、TiO2加入量0.5wt.％，在此条件下，氟硅烷/TiO2/CNWs复合涂层的WCA为158.20，滚动角(WSA)为40。氟硅烷与TiO2、CNWs化学键合，形成TiO2镶嵌其中的互穿聚合物网络结构，涂层表面凹凸，且富含氟，实现涂层超疏水。 (4)氟硅烷/TiO2/CNWs超疏水复合涂层的性能研究 对氟硅烷/TiO2/CNWs超疏水复合涂层的环境耐久性、机械稳定性、自清洁性能、耐高低温性能和耐化学腐蚀性能进行了研究。结果表明氟硅烷/TiO2/CNWs超疏水复合涂层的综合性能良好:涂层于室内放置90天后，WCA和WSA分别为156.4°和5°;水滴冲击25个周期后WCA仍然高达154.8°，WSA为6°，砂纸磨损三个周期后WCA维持在135°;灰尘轻松地被水滴吸附带走，不留痕迹;处于-15℃～105℃的温度环境中4h和浸泡在pH值为1.5～11.5的水溶液中1h后，WCA依旧能保持在150°以上。
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