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本文用NaOH溶液化学刻蚀聚酯材料制备疏水性表面,研究聚酯在碱性溶液中发生水解反应过程外界条件对刻蚀结果的影响规律,并分析化学刻蚀引起表面物理形貌的变化及其所对应的表面特性,通过对四种聚酯材料表面刻蚀研究,分析不同基团结构、分子结构及聚集状态对聚合物化学反应前后表面性能的影响。
首先,分别采用不饱和聚酯(UPR)和聚氨酯(PU)这两种固化制备的聚酯薄膜,以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)这两种聚酯材料,对其在NaOH溶液中的化学刻蚀过程进行研究,探讨了刻蚀温度、碱液pH值、刻蚀时间、后处理试剂对表面疏水性能的影响。
结果表明:刻蚀温度过高、时间过长或者用来刻蚀的碱液浓度太高,会导致聚酯在碱液中水解过快,表面微结构被破坏;刻蚀温度过低或者碱液浓度不够,刻蚀较轻,导致表面粗糙度不够,都会影响表面疏水性;后处理过程采用无水乙醇,若用偶联剂会堵塞刻蚀孔隙,影响表面物理结构。不同的材料所需最佳刻蚀条件也各不相同。总结得出,UPR薄膜在pH值为12的NaOH溶液中恒温40℃下刻蚀5min后表面疏水性能最好,表面接触角可达121.2°;PU薄膜在pH值为12的碱液中恒温40℃下刻蚀3min时表面疏水性能最好,表面接触角达到最大值92.7°;PET试片在pH值为12的碱液中恒温50℃下刻蚀2min时表面疏水性能最好,表面接触角最大达到101.9°;PMMA试片在pH值为12的碱液中恒温50℃下刻蚀2min时表面疏水性能最好,表面接触角达到107.8°。
其次,以UPR薄膜为例,拍摄表面微观形貌照片,通过对表面形貌的计算分析,研究特定外界化学条件下引起的表面物理变化及其所对应的表面疏水性能差异。
结果表明:外界化学条件对表面的影响与材料表面物理形貌的细微变化是密切相关的。在相近的平均刻蚀孔径和孔径分布下,材料表面的疏水性能主要取决于表面微孔的聚集状态和这些形貌微构造的排列方式;当孔径分布范围存在差别时,具有一定尺度微细结构的粗糙表面是使材料具有疏水性能的关键。
最后,从基团结构、分子结构和聚集态角度系统分析四种聚酯材料化学刻蚀前后的表面性能变化和所需化学条件的差异,进一步探讨材料表面物理特性、化学特性之间的关联。
结果表明,在化学刻蚀前,初始表面接触角的大小与材料本身特征基团的表面能有关:而在刻蚀后,化学反应对表面接触角大小的影响与材料本身分子结构和聚集态有关。基团表面能越低,测得水接触角越大;聚合物的反应活性受聚合物形态、邻近基团效应等物理、化学因素影响,使得反应速率、最高反应程度都各不相同;高分子链的柔顺性越好,化学反应便越容易进行。