PVDF-納米SiO2防污自潔面涂劑的制備及其在PVC膜材上的應(yīng)用.pdf

1、PVC膜材是經(jīng)過PVC樹脂涂層或?qū)訅旱暮铣衫w維織物，主要應(yīng)用于膜結(jié)構(gòu)建筑中，與PTFE、ETFE建筑膜材相比，具有價格低廉、材質(zhì)柔軟、易施工等優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)膜材90％采用PVC膜材，但是PVC膜材表面易沾污，影響到PVC膜材的美觀及使用壽命。目前國內(nèi)防污自潔PVC膜材全部依賴于進(jìn)口，因此開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)應(yīng)用于PVC膜材的防污自潔面涂劑至關(guān)重要。
　　 本研究基于“荷葉效應(yīng)”原理，選取PVDF作為構(gòu)筑疏水表面與微米結(jié)構(gòu)的材料，納米

2、SiO2粒子作為構(gòu)筑納米結(jié)構(gòu)的材料，來制備防污自潔面涂劑，應(yīng)用涂層方法在PVC膜材表面構(gòu)筑疏水及微米-納米粗糙表面。
　　 首先仿效荷葉表面微米級的乳突形狀探索了PVDF溶液的制備條件對構(gòu)筑微米結(jié)構(gòu)的影響，找出PVDF溶液構(gòu)筑微米結(jié)構(gòu)的最佳制備條件為：PVDF溶液的濃度為5％，溶解PVDF的溫度為50～70℃，涂層厚度為10～15層，環(huán)境相對濕度60～80％，烘干溫度選擇60～90℃。
　　 并通過測定硅烷偶聯(lián)劑水解溶液

3、的電導(dǎo)率及紅外光譜研究了其水解工藝，為用硅烷偶聯(lián)劑提高納米SiO2粒子的分散性奠定基礎(chǔ)。最佳水解工藝條件為：硅烷偶聯(lián)劑(KH570或F8261)與溶劑的配比為硅烷偶聯(lián)劑：水：乙醇=1:1:18，水解pH值在4～6的范圍內(nèi)。硅烷偶聯(lián)劑KH570的水解時間在3h以上，硅烷偶聯(lián)劑F8261水解時間至少5h以上，但不能超過30h。
　　 分別測定了不同條件下分散液和面涂劑的吸光度及STM圖，探討了納米SiO2粒子在有機(jī)溶劑及面涂劑中的分

4、散性。在有機(jī)溶劑中分散的最佳工藝為：復(fù)配硅烷偶聯(lián)劑(F8261與KH570)的配比為4:8、總量為27％(對納米SiO2粒子重量百分比，下同)、水解的最佳pH值為3～4，超聲波分散納米SiO2粒子的最佳時間為4.5h左右，最佳溫度為30～40℃；在面涂劑中分散的最佳工藝為：PVDF樹脂的溶解溫度為50℃，PVDF用量大于2.5％，制備面涂劑時的攪拌時間在8h內(nèi)。用STM觀測納米SiO2粒子在有機(jī)溶劑中的粒徑約為50～80nm，在面涂劑中

5、的粒徑大約在100nm內(nèi)。
　　 利用正交實驗研究了防污自潔面涂劑的制備工藝及涂膜工藝。最優(yōu)制備工藝為：PVDF用量為3％、納米SiO2粒子用量為4％、復(fù)配硅烷偶聯(lián)劑用量為26％、粘合劑用量為0.4％、制備防污自潔面涂劑時攪拌時間為3h；最優(yōu)涂膜工藝為：涂層厚度為15層、烘干溫度為60℃、烘干時間為30min、焙烘溫度為150℃、焙烘時間為3min、環(huán)境相對濕度為大氣環(huán)境的相對濕度。將該面涂劑面涂到PVC膜材上，與水接觸角為15

6、8.2°，滾動角為3°。
　　 最后初步探索了PVDF與納米SiO2粒子之間的用量比及形成的微米-納米粗糙結(jié)構(gòu)的尺寸對PVC膜材防污自潔性的影響。將PVDF與納米SiO2粒子的用量比為PVDF：SiO2=2.5:3.5制備的面涂劑面涂到PVC膜材上，經(jīng)AFM觀察在面涂后的PVC膜材表面產(chǎn)生微米-納米粗糙結(jié)構(gòu)，其平均尺寸參數(shù)為：微米結(jié)構(gòu)尺寸約7.92μm，間距約7.39μm，納米結(jié)構(gòu)尺寸約105nm，間距約0.12μm，一個微米結(jié)