基于聚硅氮烷锚固作用的特殊浸润性表面的的构筑以及改性聚硅氮烷的研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zyqtc1989
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特殊浸润性表面一般是指固体表面水接触角大于150°的超疏水或水接触角小于10°的超亲水表面。由于其特异性的疏水或者亲水性能,在自清洁、防覆冰、防雾、流体减阻,抗生物粘附、抗腐蚀以及油水分离等领域有着广阔的应用前景。近年来,特殊浸润性的表面也成为了表面材料领域的重要研究方向之一。人们对自然界中一些特殊浸润性的生物材料研究发现,表面化学组成以及粗糙度是影响固体表面浸润性的两个重要因素。根据这一理论结果,虽然研究者们已经制备出人工特殊浸润性表面,同时也发展了一些方法和技术。但是其面临的一个共同问题是所制备的特殊浸润性表面稳定性较差,表面的化学结构和粗糙度对基材的附着力较差而容易受到环境的影响被破坏,从而失去了超亲或者超疏性。针对这一问题,我们利用物理机械性能优异并且对大多数基材和纳米粒子均具有强的附着力的有机聚硅氮烷为锚分子,与不同改性后的二氧化硅纳米粒子共同沉积在基材表面,构建出性能稳定的超亲/超疏水的涂层。利用现代分析测试技术对所制备的特殊浸润性涂层表面化学组成、表面形貌以及润湿性进行分析,并研究涂层的抗细菌粘附、自清洁、油水分离以及耐久性等。除此之外,通过自制的偶氮苯化合物对有机聚硅氮烷进行改性,将有机聚硅氮烷功能化,制备出具有光响应性功能涂层,并研究其表面润湿性与紫外/可见光的关系。研究的主要内容和结果如下所述:(1)通过乙烯基三氯硅烷(VTCS)对纳米二氧化硅(Si O2)进行改性制备表面含碳碳双键的V-Si O2,以Glass为基材,利用有机聚硅氮烷(OPSZ)的锚固特性,依次将OPSZ与V-Si O2交替喷涂于基材表面,制备出反应性的涂层Glass@OPSZ@V-Si O2,然后通过紫外光表面引发的方式,接枝高亲水性的两性离子化合物DMPS,制备出超亲水Glass@OPSZ@V-Si O2@DMPS涂层。结果表明,利用VTCS对Si O2表面进行改性,当VTCS的质量占Si O2质量的40%时,即40%-V-Si O2,VTCS的接枝量最大;当使用40%-V-Si O2,DMPS的浓度为50 mg/m L时,所制备的Glass@OPSZ@V-Si O2@DMPS涂层的亲水性最好,其水接触角为6.9°,水下油接触角为142.6°,表现出超亲水性和水下高疏油性,并且对基材的附着力为0级;此外所制备的超亲水涂层Glass@OPSZ@V-Si O2@DMPS对金黄色葡萄球菌的粘附力明显减少,具有一定的抗细菌粘附性。(2)利用巯基-烯点击反应将正十二烷基硫醇(NDM)修饰到V-Si O2,制备出疏水性N-Si O2纳米粒子。利用OPSZ的锚固特性,以OPSZ、N-Si O2纳米粒子的丙酮分散液为原料,通过层层交替喷涂的方式,在载玻片(Glass)、铝合金(Al alloy)基材上成功构筑出一系列(OPSZ/N-Si O2n(n=1,2…6)涂层。结果表明,涂层表面水接触角随着双层数n的增加呈现出上升的趋势,当双层数n为6时,Glass-(OPSZ/N-Si O26的水接触角为160.6°,滚动角为1°,Al-(OPSZ/N-Si O26的水接触角为156.7°滚动角为2.7°,均表现出超疏水性;并且(OPSZ/N-Si O26涂层具有良好的耐久性,在经过20次砂纸磨损后以及经过强酸强碱浸泡24小时后,其表面水接触角仍保持150°左右;此外,以泡沫铜(CF)为基材制备的CF-(OPSZ/N-Si O26具有优异的油水分离性能,对正辛烷/水混合物的分离效率在95%以上,对1.2-二溴乙烷/水混合物的分离效率高达98%以上,并且经过多次重复分离后,分离效率几乎不下降。(3)以OPSZ为锚分子,将合成产物甲基丙烯酸类偶氮苯化合物MTPAP通过硅氢加成反应修饰到OPSZ大分子链上,制备出偶氮苯化合物改性的有机聚硅氮烷OPSZ@MTPAP。然后利用滴铸的工艺,在Glass表面制备出D-Glass-OPSZ@MTPAP涂层,利用旋涂的工艺在Glass表面制备出S-Glass-OPSZ@MTPAP涂层,利用浸涂的工艺,在具有多尺度微纳复合结构的铜网CM-Ag的表面制备出CM-Ag-OPSZ@MTPAP。结果表明,当OPSZ与MTPAP的质量比为2.47:1时,达到OPSZ的最大反应限度;所制备的OPSZ@MTPAP兼具OPSZ的锚固特性和MTPAP的光响应性,在紫外光和可见光的照射下,能够发生可逆的顺反异构;所制备的D-Glass-OPSZ@MTPA涂层在经紫外光的照射60分钟后,水接触角从108.1°下降至98.4°,水接触角的变化值为9.7°;S-Glass-OPSZ@MTPAP表面在经过紫外光照射60分钟后,其水接触角从106.3°下降至97.7°,水接触角的变化值为9.6°;CM-Ag-OPSZ@MTPAP表面在经过紫外光照射45分钟后,其水接触角从141.2°下降至123.8°,水接触角的变化值为17.4°,并且都具有一定的循环性。
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