通过相分离构建木莓结构制备超疏水涂层

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大自然有许多具有防水现象的生物结构,这种现象表现出在各种植物,昆虫和动物中观察到的超疏水性。通过生物设计,复制适应性和衍生来自各种自然环境的过程,这被称为“仿生生物”。仿生生物的广泛领域的发展为超疏水表面的开发和制造提供了空间。通常将高表观接触角(>150°)和低接触角滞后(<10°)的表面称为超疏水表面。形成超疏水有两方面因素,一是利用化学改性降低涂层表面能,利用涂层的低表面能降低水的附着力;二是形成仿生结构如荷叶结构等,降低水滴与涂层之间的作用面积,从而达到结构型超疏水。这两个因素缺一不可。在本论文中围绕两个部分进行展开,两部分都是通过静电吸附作用形成木莓结构,通过相分离达到结构型疏水,再利用硅烷偶联剂对涂层进行改性,达到超疏水的要求。全文共分为四章。第一章为文献综述部分,简单介绍了超疏水的概念、机理以及自然界中超疏水现象,重点介绍了目前科学界对构建双尺寸木莓结构制备超疏水涂层方式的研究,并阐述了对形成木莓状超疏水复合涂层提出了展望。第二章主要是对通过相分离构建木莓结构制备超疏水聚甲基丙烯酸甲酯涂层制备方法的探讨。提出了通过静电吸附形成木莓结构,利用透射电子显微镜(TEM)可以直接观察到木莓形态的存在,通过红外光谱测试(FT-IR)证明SiO2富集在聚甲基丙烯酸甲酯微球(PMMA)表面,进而可以证明形成了木莓结构(PMMA/SiO2)。利用刮涂法形成涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)观察涂层形态和使用接触角测量仪测量涂层的静态接触角(CA),判断涂层的表面润湿性。调节SiO2的含量和粒径,得到疏水性能最好的涂层。利用十七氟癸基三甲氧基硅烷对制得的涂层进行疏水化处理,进而降低涂层的表面极性,修饰后涂层的静态接触角为152.6°,接触角滞后为4°,具有超强的疏水性能达到超疏水要求。第三章主要是实验进一步改进,涂层的超疏水效果得到提高。使用甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)作为阳离子共聚单体、二乙烯基苯(DVB)作为交联剂,通过分散聚合制备交联单分散带正电的聚苯乙烯(PS)粒子,粒子尺寸为900 nm。通过静电吸附与带负电的二氧化硅(SiO2)形成具有木莓结构的聚苯乙烯-二氧化硅(PS/SiO2)复合微球来提高表面的粗糙程度。还探究了SiO2含量及其粒径变化对形成木莓粒子结构及表面疏水性能的影响。通过提拉成膜的方法制得疏水涂层,用十七氟癸基三甲氧基硅烷对制得的膜进行疏水化处理,进行表面修饰后疏水膜的静态接触角最大值为158.1°,接触角滞后为3°。第四章是对全文的总结,即对通过相分离构建木莓结构制备超疏水涂层的系统总结。
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