本文選題：POSS　切入點：嵌段聚合物　出處：《華南理工大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：自從超疏水表面的作用機理被揭示以來,‘荷葉出淤泥而不染’的特性就一直鼓舞著人們對超疏水表面進行鍥而不舍的研究,科學家們已經(jīng)在實驗室中采用各種各樣的制備方法在不同基材上制備出超疏水表面,然而大部分超疏水表面結(jié)構(gòu)機械強度不高,其在實際應用中容易遭受機械性的摩擦損傷并最終喪失超疏水性。另一方面,多面低聚倍半硅氧烷(POSS)對聚合物的雜化改性研究一直是復合材料研究領(lǐng)域中的熱點,而將POSS基雜化聚合物運用到超疏水表面的研究還較少。因此,豐富POSS基雜化聚合物在構(gòu)造超疏水表面的研究,并且制備出實用性超疏水表面,無論是對超疏水表面構(gòu)造的理論研究,還是對改變目前超疏水表面結(jié)構(gòu)機械穩(wěn)定性不好的現(xiàn)狀都具有十分重大的意義。為此,本文開展以下幾個方面的研究。(1)采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)法兩步合成POSS基雜化嵌段丙烯酸酯聚合物P(MMA-BA-HEMA)-b-PMAPOSS,利用FT-IR,1H NMR,GPC對聚合物結(jié)構(gòu)表征發(fā)現(xiàn)反應合成了分子量可控且分子量分布較窄的聚合物,并且分子結(jié)構(gòu)的表征值和設(shè)計值基本一致,整個反應過程活性可控。采用XRD、TEM和SEM分別表征聚合物在本體、溶液和涂膜上的自組裝情況,結(jié)果表明:POSS在聚合物主體中存在部分結(jié)晶并聚集起來,聚合物在THF中能夠形成核殼膠束,膠束尺寸會隨著POSS在聚合物中含量的增大而增大,POSS在聚合物涂膜表面聚集形成納米級的白色突起顆粒,隨著POSS含量的增加,聚集體在表面的分布密度也會增大,但是聚集尺寸會出現(xiàn)先增大后穩(wěn)定的現(xiàn)象,POSS在表面聚集會使表面更加粗糙,從而涂膜疏水能力也會提高。(2)以合成的嵌段聚合物與聚乙二醇(PEG)混合溶解,采用相分離的方法在玻璃片上構(gòu)造粗糙度,并最終用含氟丙烯酸酯低表面能修飾獲得超疏水膜。分別考察了POSS在聚合物中的含量、聚合物與PEG的配比、溶劑中THF與乙醇的配比和低表面能修飾操作對涂膜粗糙結(jié)構(gòu)的影響,通過接觸角測量儀(OCA)、SEM和EDS表征發(fā)現(xiàn):在聚合物溶液中添加PEG成膜并水洗后能獲得規(guī)整的蜂窩狀表面結(jié)構(gòu),增大聚合物中POSS的占比或者減小PEG的相對含量均能夠減小孔洞的尺寸,在溶液中添加乙醇能夠增強相分離行為,從而使得到的表面結(jié)構(gòu)更加粗糙立體,噴涂含氟丙烯酸酯(FA)溶液對原來的結(jié)構(gòu)具有覆蓋和侵蝕的作用,最終當聚合物與PEG配比為50:50,THF/乙醇=7:3時,涂膜低表面能修飾后對水的接觸角為155.1°,同時滾動角為6.5°。(3)將制備的POSS基雜化含氟丙烯酸酯(PFA)溶解在乙酸乙酯/F113混合溶劑中,采用滴落成膜的方法在玻璃片上得到一層疏水涂膜,通過SEM、XPS、AFM、OCA研究了溶劑配比對涂膜表面形貌、表面元素、表面粗糙度和表面潤濕性的影響,結(jié)果表明:涂膜表面會同時出現(xiàn)有機相的相分離和POSS聚集,從而構(gòu)造形成了復合粗糙結(jié)構(gòu),隨著混合溶劑中F113的增多,含氟基團會越來越多地遷移到表面來,而POSS在表面的聚集則會越來越少,這使得表面平均粗糙度越來越小并且表面能降低,綜合而言表面的水靜態(tài)接觸角會出現(xiàn)先快速增大,而后緩慢增大的趨勢,當使用純F113時,表面疏水角能夠達到135.0°。(4)通過向PFA溶液中加入α-氰基丙烯酸乙酯(EAC)的方法噴涂制備了一層具有實用性的PFA超疏水膜,EAC在成膜時發(fā)生聚合并且與基材的非鍵作用能夠增強超疏水膜的強度,通過測試涂膜的自清潔性、耐摩擦性、耐水壓性和透光性發(fā)現(xiàn),涂膜對水的靜態(tài)接觸角和滾動角分別為158.1°和1.9°,具有良好的自清潔性能,涂膜分別在1.8 KFA壓力下摩擦20次、在5.5 m高的水壓下平衡10 min后、在1 mol/L的HCl和Na OH水溶液下浸泡10 h后均依然能維持超疏水性,同時涂膜透光率在75%以上,具有良好的透光性。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O631

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