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表面:为突破性性能配制疏水性涂料

涂层表面可以赋予广泛的亲和力与水,从 亲水 (爱水),要 疏水 (水排斥)到 超疏水 (超强防水). 这些表面特征是通过适当的组合得到的 表面形态 在微观和/或纳米尺度上,结合低 表面能材料.

超疏水性和荷叶

自然界中超疏水性的一个主要例子是荷叶. 荷叶的微观结构包括高10 - 20微米,宽10 - 15微米的小突起或尖状乳头,其中有第二疏水蜡层. 结构表面与低能蜡的组合提供了表面的超疏水性. 为了充分地解释和量化疏水性,有必要定义两者之间的关系 接触角 和 疏水/亲水 曲面的特征.

荷叶上水滴的影像, 和尖状表面的疏水性-了解在勘探者知识中心制定疏水性涂料.
亲水接触角, 疏水和超疏水涂层表面-在勘探者知识中心了解关于配制疏水涂层.
图3 -亲水、疏水和超疏水涂层表面的接触角

150°或更大的接触角被称为超疏水-这意味着只有2 - 3个完美的水滴表面与表面接触. 因为表面接触面积小于0.6%,这提供了一个自我清洁的效果. 将荷叶防水特性赋予涂层表面具有深刻的性能影响,包括以下方面:

  • 自洁 掉落在超疏水/疏水表面的污染物会随着水滴的脱落而被去除.
  • 〇提高了防潮性 提高抗起泡性和光泽保持
  • 〇提高耐腐蚀性 降低水分渗透减少甚至消除水和可溶性盐渗透到金属基体,这大大减缓了腐蚀的发生.
  • 延长涂层和基材的使用寿命 增加涂层的耐候性和对可溶性盐和水分渗透的抵抗力,对涂层的寿命有积极的影响.
由澳门买球排行App开发的超疏水涂层系统-在勘探者知识中心了解如何配制疏水涂层.
图4 - 5,000小时ASTM B117超疏水涂层系统的盐雾,由澳门买球排行App开发,应用于冷轧钢上,没有划痕蠕变或表面起泡

表面张力的作用

We have discussed the role that 表面形态 plays in imparting 疏水ity; the other  critical component for 疏水ity is surface能源.

  • 表面张力 液体的弹性倾向是否使它们获得尽可能小的表面积.
  • 表面张力 是沿着直线测量的,而 表面能 是沿着一个区域测量的.

表面张力成分主要包括色散和极性, 氢键和酸碱的作用. 一般来说,表面能越低的材料疏水性越好. 表1和表3列出了几种聚合物类型和改性剂的表面自由能, 分别, 用于涂料, 而表2提供了涂料中常用溶剂的表面张力.

聚合物表面自由能mN / m
Polyhexafluoropropylene12.4
聚四氟乙烯19.1
PDMS19.8
石蜡烃蜡26.0
Polychlorotrifluoroethylene30.9
聚乙烯32.4
聚醋酸乙烯酯36.5
有机玻璃40.2
聚苯乙烯40.6
Polyvinyldene氯41.5
聚酯43 – 45
聚乙烯terephthalate45.5
Epoxypolyamide46.2

表1 -聚合物的表面自由能

溶剂表面张力达因/厘米
72.8
甲苯28.4
异丙醇23.0
正丁醇24.8
丙酮25.2
甲基丙基酮26.6
甲基戊酮26.1
点醋酸28.5

表2 -溶剂的表面张力

材料标识临界表面张力mN / m
Heneicosafluoro-dodecyltrichlorosilane6-7  
Heptadecafluorohexyl --trimethoxy硅烷12.0
PDMS19.8
Octadecyltrichlorosilane20-24
Nonafluorohexyl-trimethoxysilane23

表3 -潜在表面改性剂的表面自由能

当两种不同的液体材料应用于固体表面时, 表面张力较低的液体会在固体表面流动或润湿, 比如聚乙烯, 比表面张力高的液体更明显. 例如,水(表面张力72.8dynes /cm)会形成比甲苯(表面张力28)更高的接触角.4达因/厘米).

到目前为止, 澳门买球已经定义了导致疏水性的因素, 或者说是缺乏, 包括接触角, 表面结构, 以及为什么大多数有机溶剂比水更容易润湿表面,因为它们的表面张力较低. 下一节将集中讨论如何赋予涂层系统更大的疏水性, 特别是从表面的角度来看.

最大限度地提高表面疏水性

为了使涂层的表面疏水性最大化 表面能 应该越低越好. 低表面能,加上适当的结构表面,最大限度地提高疏水性.

表面能 与表面张力单位相同(每单位长度的力或达因/厘米). 高表面张力的液体,如水,将有最大的疏水性,因此有较差的润湿性(高接触角)的涂层表面具有低表面能.  如表二所示: 表面能 会根据与水接触的表面的性质而有很大的不同吗.

例如,涂层表面富含聚二甲基硅氧烷(表面能19.8 mN / m)的表面会比聚苯乙烯(40.6 mN / m). 总的来说, 提供最大的疏水性, 材料最疏水的部分应该位于表面.

另一个例子, 如果使用有机功能三甲氧基硅烷进行表面改性, 甲氧基硅烷基团应设计成位于表面. 涂层表面的全氟基团和脂肪基团比酯基团或醇基团具有更大的疏水性. 酯和醇基团在性质上更极性,因此更容易接受水沉积在表面. 例如,从最低到最高的表面张力:

表面张力尺度-了解配方疏水性涂料在勘探者知识中心.

通过适当设计的涂层增加疏水性可以提供额外的属性,如自清洁, 提高耐腐蚀和防潮性能,延长涂层和基材的使用寿命.

硅烷技术的最新进展使硅烷可用于改善水性系统. 相应的, 树脂的选择, 压延机, 还可以选择增稠颜料和不透明颜料,以最大限度地提高疏水性.

其次, 使用纳米颗粒的配方必须量身定制,以提供适当的接受度,而不是作为一种附带品来实现所需的性能.

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