【摘要】：潤濕性是固體材料表面的基本性質(zhì),材料表面潤濕性調(diào)控可應用在生物醫(yī)用、仿生、涂料、潤滑、自清潔等許多方面。在過去的幾年中,特殊潤濕性表面的設計和應用引起了越來越多的關注。影響表面潤濕性能的最重要因素是固體的表面自由能(化學構(gòu)成)和表面微結(jié)構(gòu)。雖然相關的研究取得了重大進展,但是特殊潤濕性能表面的制備方法依然具有很多缺點,比如制備周期較長,成本高,疏液面積小等,這些都非常不利于特殊潤濕性能表面制備技術的推廣。本論文為改善以上問題,基于聚合物表面改性及微結(jié)構(gòu)的實驗,探究兩者對聚合物表面潤濕性的影響因素,從基礎理論研究中總結(jié)實驗規(guī)律,并提出了多種改善聚合物表面潤濕性能的加工制備方法。本文研究了規(guī)則多邊形微結(jié)構(gòu)修飾聚合物表面,研究了方格網(wǎng)絡有序排列微納石英修飾LDPE表面,通過共混硅酮母粒制備特殊潤濕性能表面,并以表面涂覆的方法進一步改善表面潤濕性能,還設計改性PDMS表面潤濕性能的表面改性劑分子。本文為制備聚合物特殊潤濕性表面提供了新的思路,主要工作成果如下:本文研究了微結(jié)構(gòu)對聚合物表面潤濕性能的影響。在規(guī)則多邊形微結(jié)構(gòu)修飾聚合物表面實驗,以LDPE、PP、ABS、PMMA為實驗原料,以三角形微結(jié)構(gòu)和六邊形微結(jié)構(gòu)為模具,以注塑微結(jié)構(gòu)為加工方法,制備了特殊潤濕性能表面,測試了去離子水和表面能極低的洗潔精在其表面的接觸角,總結(jié)出低成本大尺寸的特殊潤濕性能表面的制備方法,探討了三角形和六邊形微結(jié)構(gòu)對表面潤濕性能的影響。通過方格網(wǎng)絡有序排列微納石英修飾聚碳酸酯表面實驗,將分散的微納尺寸石英粉均勻有序排列在更小尺寸的微納方格網(wǎng)絡中,以熱壓印為技術手段,將“粗粒細網(wǎng)”結(jié)構(gòu)修飾LDPE表面形成“粗底細頭”的微結(jié)構(gòu),制備了近似超疏水的特殊潤濕性能表面。本文通過共混硅酮母粒和表面涂覆二氧化硅和光擴散機制備特殊潤濕性表面,研究了表面化學組成對固體表面潤濕性能的影響。在共混硅酮母粒改性聚合物表面實驗中,以工程應用最為廣泛的兩種聚合物PP和LLDPE作為實驗原料,以三角形微結(jié)構(gòu)和六邊形微結(jié)構(gòu)為模具,制備特殊潤濕性能表面,測試了去離子水和色拉油與表面的接觸角,繼續(xù)完善了低成本大尺寸的特殊潤濕性能表面的制備技術,并且探討了微結(jié)構(gòu)之間的間隙對于聚合物表面基團取向的影響。通過將LLDPE、PP純片及其共混樣片分別涂覆成膜,制備特殊潤濕性能表面,測試了去離子水、乙二醇和甲酰胺在其表面的接觸角,根據(jù)LW-AB法計算得出相應固體表面能,對比了納米二氧化硅和光擴散劑的涂覆改性作用。
【圖文】：

逑蜻蜓具有超疏水結(jié)構(gòu)的可在雨中飛翔的翅膀，荷葉水接觸角達到了邋１６４°，逡逑蜻蜓翼膜水接觸角達到了邋１７３°，，見圖１－２。此外，我們還可以發(fā)現(xiàn)玫瑰花瓣的逡逑高粘合力水稻葉片的各向異性潤濕性［７３］，蝴蝶翅膀的定向附著，蚊子的逡逑眼睛的防霧能力ｐＧ］，沙漠甲蟲的水收集［３６］，水下長時間保持空氣的槐葉植物［７５］逡逑水黽步行跳躍在水面上［７６］。發(fā)現(xiàn)分層微觀結(jié)構(gòu)及其上面的化學成分導致了上述逡逑生物的特性，這激勵人類設計和制備具有特殊潤濕性的仿生表面［３４，４１］。逡逑ｍｍ逡逑圖１－２水接觸角達到１６４°的荷葉表面及其微結(jié)構(gòu)和水接觸角達到１７３°的蜻蜓翼膜以及逡逑微結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｈｅ邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｌｏｔｕｓ邋ｌｅａｆ邋ｗｉｔｈ邋ｗａｔｅｒ邋ｃｏｎｔａｃｔ邋ａｎｇｌｅ邋ｕｐ邋ｔｏ邋１６４°邋ａｎｄ邋ｉｔｓ邋ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑ａｎｄ邋ｗａｔｅｒ邋ｃｏｎｔａｃｔ邋ａｎｇｌｅ邋ｕｐ邋ｔｏ邋１７３°逡逑跳蟲的皮膚不僅具有超疏水性，而且具有類似的超疏油性能，可以阻止各種逡逑有機液體潤濕皮膚。跳蟲的皮膚上覆蓋著許多相互連接的納米顆粒的刷毛和菱形逡逑網(wǎng)格。逡逑魚能夠在油污水中自由游泳而不會沾污魚鱗。江雷等人發(fā)現(xiàn)魚皮的優(yōu)異抗油逡逑能力來源于水介質(zhì)中淲屑的超疏油性［４１］。水可以濕潤魚淲并被困在魚淲粗糙的逡逑微結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生防油水墊。因此，親水性質(zhì)和微觀粗糙的微結(jié)構(gòu)，可以使魚鱗形逡逑成水下超疏油和具有較強的抗油能力。逡逑短蛤的內(nèi)殼通常由兩個不同的區(qū)域組成：相對光滑的邊緣區(qū)域和粗糙的中心逡逑區(qū)域￥］。這兩個區(qū)域的化學組合物是幾乎相同的

這個方程只適用于理想的光滑表面。早在１９３６年，Ｗｅｎｚｅｌ意識到粗糙度對逡逑材料表面潤濕性的影響［７８１。根據(jù)表面張力的定義，他指出：個粗糙基底的實際表逡逑面面積比其表觀表面面積大，并且進一步提出一個新的模型（圖２－ｌｂ）來描述的逡逑接觸角０在粗糙表面：逡逑ｃｏｓ９ｒ邋－邋ｒ｛ｙｓＡ邋ＹｓＬ＾邋＝邋ｒｃｏｓＱ邐邋（２－１１）逡逑Ｙｌａ逡逑由前面的Ｙｏｕｎｇ’ｓ方程可以推知，當水滴放置于處于大氣環(huán)境下的固體表逡逑面時，固氣和液－氣界面的夾角０Ｗ可以由以下公式表達：逡逑ＣＯＳ０邋＝ｙｉＡＩＩｓｗ邐邋（２－１２）逡逑ＹＷＡ逡逑ｙＭ、分別是固－氣，固－液和液－氣的表面張力。當油滴放置于處于逡逑大氣環(huán)境下的固體表面時，上述楊氏方程則可以修正如下：逡逑ｃｏｓ０邋＝ｙｓＡｉＹｓ0邐邋（２－１３）逡逑Ｙｏａ逡逑其中６0是固－油和油－氣之間的夾角。ｙＳ／４、ｙＳ０、ｙ０ｉ４分別是固－氣，固－油和逡逑油－氣的表面張力。從公式１－１２和１－１３可以推斷出，只有當固－油的表面張力逡逑大于固－氣表面張力ｙＭ時，才可以獲得“疏液”的表面。逡逑９逡逑
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB306

【參考文獻】

相關博士學位論文 前1條

1 彭珊;超疏水/超雙疏材料的制備及其性能研究[D];華南理工大學;2015年

相關碩士學位論文 前1條

1 陳曉磊;固體聚合物表面接觸角的測量及表面能研究[D];中南大學;2012年

本文編號：2671543