PVDF防污自洁膜的制备与表征

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膜结构建筑具有造价低、节能、环保、抗震和缩短施工时间的优点,被称为“21世纪的绿色建筑”。由于使用了柔性的膜材料,具有“力随形”的特征,满足建筑的美学造型,常作为城市标志性建筑。但随着时间的推移,膜结构建筑也会承受环境带来的污染,它的清洁需要花费大量的时间和劳动力,且高空作业更具有一定的危险性,因此,膜材建筑表面的防污自洁性受到关注。PVC是建筑膜材料常用的涂层材料,为解决其耐老化性差的问题,近年来,在膜材料的制备中将惰性的PVDF涂覆于PVC表面,而PVDF具有疏水性,但尚未达到防污自洁的超疏水要求。本课题对PVDF膜的超疏水性进行研究,提出了具有产业化潜力的防污自洁PVDF膜的制备方法,对该领域的研究与发展具有理论和实践指导意义。  论文基于荷叶效应原理,并以光滑表面的润湿理论—杨氏理论,和粗糙表面的润湿理论Wenzel和Cassie理论为基础,以模板法制备了具有粗糙结构表面的PVDF膜,以共混含氟树脂、低温等离子体改性等手段对PVDF膜进行低表面能修饰,制备了具有自洁性能的超疏水PVDF膜。主要研究内容是:(1)以玻璃为基板,以环氧树脂为粘合剂,分别将不同粒径的碳化硅粒子固着于玻璃基板,制备了具有不同粗糙梯度的模板;(2)采用不同粗糙尺度的自制模板,制备了具有不同粗糙结构表面的PVDF膜,研究了不同粗糙度对PVDF膜表面疏水性的影响,发现了粗糙结构与PVDF膜疏水性能的规律性;(3)采用含氟树脂与PVDF涂层胶共混的方法,对粗糙表面结构的PVDF膜进行低表面能修饰,使制备膜表面更近似于荷叶表面结构,研究了不同粗糙度对共混含氟树脂PVDF膜疏水性的规律;(4)采用低温等离子体技术,以CF4为气氛,对PVDF平板膜进行改性,对处理功率、时间、压强等因素进行了探讨,确定了等离子改性的最佳工艺条件;(5)以CF4等离子体,对不同粗糙度的PVDF膜和共混含氟树脂的不同粗糙度PVDF膜进行改性,探讨改性对PVDF膜表面疏水性的影响。采用SEM、AFM对膜表面形貌进行表征,采用红外光谱仪、XPS对改性后膜的化学组成变化进行表征,采用TG、DTG对膜的热性能进行了分析,采用集灰实验对膜的自洁性进行了表征,采用拒油效果测试对膜防油性污物的性能进行了表征。结果表明:以自制模板制备的PVDF膜,其表面构筑了不同粗糙度的精细结构,具有类似荷叶的表面结构,证明了模板法制备粗糙表面PVDF膜的可行性;共混含氟树脂的PVDF膜的接触角和滚动角均有明显的改变,以6#模板所制得的PVDF膜,接触角高达164.5°,滚动角为4.1°,达到了超疏水状态;以CF4为气氛对PVDF平板膜进行等离子体改性的最佳处理工艺为:功率200W、压强60pa、时间5min;对6#模板制备的PVDF膜经等离子体改性,其表面接触角高达164.6°,滚动角低至1.8°,达到了超疏水状态;等离子体对共混含氟树脂的PVDF膜改性,1#~6#模板对应的PVDF膜表面的静态接触角都超过了150°,滚动角均低于5°,均达到超疏水;集灰实验证明,所制备膜具有很好自洁性能,拒油效果优良。  基于分形理论,借助FractalFox分形软件,研究分形理论用于表征膜表面粗糙度可行性分析和方法探讨;研究分形维数对PVDF膜表面粗糙度的分析表征。结果表明:比表面积法计算的分形维数,对于表征自制模板的粗糙度有可行性,分形维数可定量表征不同PVDF膜表面的粗糙度;6#模板制成的PVDF膜进行共混含氟树脂且经等离子体改性后,其分形维数D为2.69,较接近荷叶表面的分形维数(D=2.74),表明制备的PVDF膜表面的粗糙程度类似于荷叶表面。所以基于分形理论,分形维数可以较好地对PVDF膜粗糙度进行分析表征。
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