納米SiO2的表面改性及其在文物保護(hù)中的應(yīng)用.pdf

1、超疏水理論上是指固體表面對(duì)水的接觸角大于150°,滾動(dòng)角小于10°，其原理是自然界中常見(jiàn)的“荷葉效應(yīng)”,即荷葉利用其表面的納米-微米雙微觀結(jié)構(gòu)及低表面能物質(zhì)使水滴自由落下。根據(jù)此原理,超疏水材料應(yīng)運(yùn)而生。研究表明，超疏水表面可通過(guò)兩種途徑獲得：一是改變疏水材料的表面粗糙度和形貌；二是在具有一定粗糙度的表面上修飾低表面能物質(zhì)。
　　本文欲運(yùn)用上述中的第一種方法制備超疏水納米復(fù)合涂層，即運(yùn)用納米SiO2改變羥基丙烯酸聚氨酯的表面粗糙度

2、及其表面形貌從而得到超疏水納米復(fù)合涂層。由于納米SiO2親水性強(qiáng)，易團(tuán)聚。因而，當(dāng)納米SiO2與有機(jī)物復(fù)合時(shí)存在兩個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題：①界面問(wèn)題,即無(wú)機(jī)相與有機(jī)相的相容性；②SiO2納米顆粒在有機(jī)相中能否均勻分散。
　　基于上述原因，本文首先根據(jù)物理化學(xué)原理對(duì)原生粒徑為15±5nm的SiO2納米顆粒分別采用超聲波處理、高速剪切、高能行星球磨三種不同手段并加入硅烷偶聯(lián)劑KH570、乙醇及乙二醇進(jìn)行表面改性，通過(guò)各種材料分析測(cè)試儀器例如掃描

3、電子顯微鏡(SEM)，激光粒度分析儀，傅立葉紅外變換儀(FT-IR),X射線衍射儀(XRD)等對(duì)改性效果進(jìn)行表征。結(jié)果均表明，通過(guò)高能行星球磨改性的效果最為顯著，同時(shí)發(fā)現(xiàn)在加入的這三種物質(zhì)中只有硅烷偶聯(lián)劑KH570和乙二醇起到了表面改性劑的作用，乙醇只作為有機(jī)溶劑。鑒于此，本文的后續(xù)實(shí)驗(yàn)均是通過(guò)高能行星球磨實(shí)現(xiàn)的。
　　本文也重點(diǎn)探究了KH570的加入量對(duì)納米二氧化硅表面改性效果的影響。分別試驗(yàn)了用1wt％、3wt%、4wt%、5

4、wt%、6wt%及7wt%的KH570對(duì)納米SiO2顆粒進(jìn)行改性，結(jié)果表明當(dāng)硅烷偶聯(lián)劑KH570的加入量介于5wt%和6wt%時(shí)，納米二氧化硅表面改性效果較好。另外，本文也分析了球磨參數(shù)例如球磨速度、球磨時(shí)間對(duì)納米SiO2表面改性效果的影響，分別試驗(yàn)了球磨速度為351r/min、401r/min和451r/min經(jīng)3h、3.5h、4h球磨改性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)υ=401r/min，t=3.5h時(shí)，加入5wt%的KH570時(shí)納米SiO2表面

5、改性效果最好。
　　根據(jù)-OH與-NCO的不同摩爾比及相應(yīng)的接觸角，在本實(shí)驗(yàn)中選用了n(-OH)/n(-NCO)=1的羥基丙烯酸聚氨酯。將2.5wt%、5wt%、7.5wt%的改性納米SiO2分別與羥基丙烯酸聚氨酯機(jī)械混合制得納米復(fù)合涂層。并用SEM，納米壓痕儀及接觸角測(cè)量?jī)x對(duì)所得的涂層進(jìn)行表征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)所得涂層并未呈現(xiàn)出超疏水特性，但納米SiO2的加入對(duì)涂層的其他諸多性能例如硬度、彈性模量等產(chǎn)生了顯著影響,尤其是對(duì)其抗紫外能力的