新型梳状接枝共聚物和聚合物纳米复合材料在超疏水表面构建上的应用

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表面润湿性是指液体(通常为水)在固体材料表面的铺展能力。人们将这样一类与水的接触角大于150°,而滚动角小于10°的表面称为超疏水表面。由于具备广阔的应用前景,超疏水表面的制备是目前材料领域的一个研究热点。相关报道较多,但适于向工业生产转化的制备技术突破不大。本论文试图寻求制备技术上的突破,其目标是开发过程简单,适合于大面积使用的构建超疏水表面的技术。文中以不同的思路,设计了两条路线:一是利用高含氟梳状接枝共聚物胶束粒子的尺寸可控性和自组装来制备高分子超疏水膜;二是在材料(重点在漆膜)表面结构化,然后利用氨基硅油改性的环氧胶对表面进行化学修饰。论文的主要研究成果和创新点如下:  (1)自行合成了具有单分散接枝链的高氟化梳状接枝共聚物,并利用选择性溶剂形成了梳状接枝共聚物的胶束溶液,经过胶束粒子的自组装,获得了具有超疏水特性的胶束薄膜,接触角达到了160°以上,滚动角小于5°。梳状接枝共聚物的优点是其分子量和接枝链长度可独立调控,因而所形成的纳米材料的尺寸可通过改变接枝链长度控制,并且共聚物的高分子量赋予了最终材料很高的物理强度。这是接枝共聚物材料在超疏水方面的首次应用。该制各方法简单,易于获得大试件,有潜在的应用前景。  (2)在基材表面喷砂粗糙化后,将纳米二氧化硅颗粒植入表面形成微-纳结构,再用氨基硅油改性环氧树脂对表面进行修饰。这种“微-纳-化学修饰”三步法制备超疏水表面的方法为本课题组首次报道。该方法的优势是:制备简单,适应范围宽,适用于建筑物内外墙,舰船、设备、仪器、漆膜表面及异型件表面。本文的重点是在漆膜上构建超疏水表面,获得的表面物理结构和化学组成均一性良好,接触角为167.8°±1.6°,滚动角为7.2°±1.9°,实验的重复性好。  (3)建立了一种动态试验考察超疏水表面稳定性的方法——高速水流冲刷试验。试片在10 m/s的高速水流冲刷5 min之后仍保持很好的疏水性,冲刷4小时后,接触角仍保持在140°。同时检验了表面的抗酸碱性、抗溶剂浸泡性能。实验结果表明:用“三步法”制备的超疏水表面,对中性和碱性溶液以及某些有机溶剂(甲苯、乙醇)有很好的稳定性。  (4)就基底润湿性能对胶束薄膜表面的疏水性能的影响进行了研究,发现构建于亲水基底上的薄膜往往需要更大的厚度来达到与构建于疏水基底上薄膜相同的疏水水平。实验结果表明:增加薄膜厚度或者是选用本身就有疏水性的基底对提高胶束薄膜的动态疏水性能很重要。这为超疏水表面的构建提供了参考依据。
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