基于改性氧化石墨烯的疏水涂層制備及其性能研究

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1、２＇，論文分乃學(xué)校代碼：１０７類號(hào)：０８學(xué)號(hào)：１５０３０２０Ｍ＾ｔＡＡＡＡｌＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ碩士學(xué)位論文’ＴｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ基于改性氧化石墨烯的疏水涂層制備及其性能研究魏夢(mèng)媛指導(dǎo)教師姓名：羅曉民教授學(xué)科名稱：應(yīng)用化學(xué)論文提交日期：２０１８年３月論文答辯日期：２０１８年５月學(xué)位授予單位：陜西科技大學(xué)申請(qǐng)工學(xué)碩士學(xué)位論文論文題目：基于改性氧化石墨烯的疏水涂層制備及其性能研究學(xué)科門類：工學(xué)一級(jí)學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù)

2、培養(yǎng)單位：輕工科學(xué)與工程學(xué)院碩士生：魏夢(mèng)媛導(dǎo)師：羅曉民教授2018年5月PreparationandPropertiesofHydrophobicCoatingsBasedonModifiedGrapheneOxideAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByMengyuanWeiSupervisor:Prof.XiaominLuo

3、May2018基于改性氧化石墨烯的疏水涂層制備及其性能研究摘要超疏水涂層由于表面特殊的浸潤(rùn)性被廣泛用于自清潔、防腐抗污及油水分離等領(lǐng)域。本文利用十八胺（ODA）改性氧化石墨烯（GO）制備了疏水材料ODA-GO；將其噴涂及抽濾到不同基材上制備出具有自修復(fù)性能的超疏水涂層；將ODA-GO與聚氨酯（PU）物理共混后制得高耐磨、高疏水改性氧化石墨烯/聚氨酯復(fù)合疏水涂層（ODA-GO/PU），并分別對(duì)ODA-GO和（超）疏水涂層的結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行了分析研究。（1）采用改進(jìn)Hummers法制備GO，利用ODA所含長(zhǎng)鏈烷烴對(duì)其改性制得疏水材料ODA-GO；采用傅里葉紅外光

4、譜儀（FTIR）、熱重分析儀（TG）、X射線衍射儀（XRD）和拉曼光譜儀（Raman）對(duì)材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。結(jié)果表明：改性前GO含有大量含氧官能團(tuán)，改性后ODA-GO出現(xiàn)長(zhǎng)鏈烷烴特征吸收峰，晶面間距增大1.65nm，材料熱失重趨勢(shì)變平緩。通過(guò)原子力顯微鏡（AFM）、電子掃描顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、超景深顯微鏡，接觸角測(cè)定儀對(duì)材料形貌及疏水性進(jìn)行觀察。結(jié)果表明：改性前GO片層表面存在褶皺，親水性強(qiáng)；改性后ODA-GO微觀粗糙程度明顯增加，疏水性隨ODA反應(yīng)比例的增大而增加，ODA-GO粉體可達(dá)超疏水狀態(tài)。（2）將ODA-GO分散于不同溶劑，

5、最終確定丙酮為良溶劑；將ODA-GO丙酮分散液用噴涂法制備涂層，利用SEM、視頻光學(xué)接觸角測(cè)定儀、超景深顯微鏡對(duì)GO及ODA-GO涂層形貌及性能進(jìn)行觀察分析，結(jié)果表明：GO涂層微觀平整度高，親水性佳，水接觸角（CA）為25.3°；ODA-GO涂層表面粗糙，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)得GO與ODA反應(yīng)的質(zhì)量比為1∶5時(shí)，其CA達(dá)151.2°，滾動(dòng)角（SA）小于6°，具有超疏水性；考察了ODA-GO超疏水涂層的耐腐蝕和耐紫外性能，腐蝕前后涂層表面CA變化范圍在6°以內(nèi)，經(jīng)紫外光（UV）照射2000min后涂層CA仍保持在150°以上，涂層具有良好的耐紫外、耐化學(xué)穩(wěn)定性。將ODA

6、-GO丙酮分散液用抽濾法制備涂層，涂層表面CA達(dá)到162.9°，且SA<3°；對(duì)涂層的自修復(fù)性能研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)涂層被等離子體刻蝕后轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水狀態(tài)，再通過(guò)熱處理后可自修復(fù)重新達(dá)到超疏水狀態(tài)。（3）將ODA-GO與聚氨酯（PU）物理共混，用噴涂法制備復(fù)合涂層，SEM、超景深顯微鏡及接觸角測(cè)試結(jié)果表明：ODA-GO/PU表面粗糙度隨PU的增加而減弱，CA降至116.8°；對(duì)復(fù)合涂層進(jìn)行耐摩測(cè)試，結(jié)果表明：I隨PU用量的增大復(fù)合涂層耐摩擦性能增加，且經(jīng)摩擦后涂層表面CA達(dá)156°呈現(xiàn)超疏水狀態(tài)；對(duì)復(fù)合涂層進(jìn)行耐腐蝕、耐紫外性測(cè)試，結(jié)果表明：復(fù)合涂層耐紫外性較好，但酸

7、堿溶液對(duì)其表面浸潤(rùn)性影響較大。（4）對(duì)ODA-GO進(jìn)行應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，將其丙酮分散液噴涂于銅網(wǎng)，制備一種可應(yīng)用于油水分離體系的超疏水銅網(wǎng)，SEM、超景深顯微鏡及接觸角測(cè)試結(jié)果表明：超疏水銅網(wǎng)表面片層結(jié)構(gòu)明顯，粗糙度增加，水滴接觸超疏水銅網(wǎng)表面時(shí)CA達(dá)159.7°而油滴（甲苯）迅速鋪展；對(duì)超疏水銅網(wǎng)的耐水壓及耐剝離性能研究結(jié)果顯示：其能承受最大水壓值約為0.6Pa，涂層在剝離10次后仍具有良好的高疏水性；油水分離測(cè)試結(jié)果表明：超疏水銅網(wǎng)對(duì)甲苯/水混合液分離效率可達(dá)99%且具有一定的循環(huán)使用性。關(guān)鍵詞：氧化石墨烯，十八胺，超疏水涂層，聚氨酯，耐摩擦IIPrepara

8、tionandPropertiesofHydrophobicCoa