草莓状超疏水微球的制备及应用

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文草莓状超疏水微球的制备及应用论文作者：顾友才学生类别：全日制学位学位类别：理学领域名称：高分子化学与物理指导教师：张旭职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofPolymerChemistryandPhysicalPreparationandApplicationofStrawberrySuperhydrophobicMicrospheresbyGuYoucaiSuperv

2、isor:Prof.ZhangXuMay2017摘要超疏水材料及表面的构筑源自于荷叶表面。荷叶出淤泥而不染，是由于荷叶表面存在微米的乳突，微米乳突上又布满纳米突起，这种特殊的微纳分级结构赋予了荷叶超疏水性能。本文从荷叶仿生原理出发，制备了具有分级结构的草莓状复合微球，在亚微米尺度的聚苯乙烯微球表面构筑纳米级的二氧化硅颗粒。草莓状复合微球除具有类似荷叶表面的微纳结构外，裸露的聚苯乙烯可以和胶粘剂更好的结合，同时聚苯乙烯微球之间通过溶剂的适度溶解，相互之间也可以相互粘连，以此提高该超疏水材料的耐磨性能。本文分别用磺化聚苯乙烯（PS-S

3、O3H）和聚乙烯吡咯烷酮包裹的聚苯乙烯（PS-PVP）两种材料制备了草莓状微球，并对制备的微球的进行了表征分析，同时探索了采用草莓状微球构筑的超疏水表面在防水、自清洁、防结冰方面的应用。具体如下：1）以十二烷基磺酸钠(SDS)作为乳化剂制备了聚苯乙烯微球，通过浓硫酸磺化聚苯乙烯微球得到PS-SO3H，正硅酸乙酯（TEOS）在磺化聚苯乙烯微球表面溶胶-凝胶形成二氧化硅（SiO2）突起，通过全氟葵基三甲氧基硅烷改性SiO2得到超疏水草莓状复合微球，并利用该微球制备了超疏水表面。通过磺化时间和二次溶胶-凝胶来控制聚苯乙烯微球表面纳米二氧

4、化硅颗粒的数量和尺寸。研究过程中采用FT-IR、SEM、接触角进行了表征分析。2）以聚乙烯吡咯烷酮作为乳化剂制备了PS-PVP，TEOS溶胶-凝胶形成的SiO2核通过氢键作用力被吸到聚苯乙烯微球表面，全氟葵基三甲氧基硅烷改性后得到了超疏水草莓状复合微球。通过溶胶-凝胶反应过程中加入PVP来调节草莓状复合微球的形貌。研究过程中采用FT-IR、SEM进行了表征分析。3）以PS-SO3H二次溶胶-凝胶制备的草莓状微球为表层，常用的粘合剂为底层构筑了超疏水表面。测试了该材料的疏水能力、硬度、附着力、耐磨性、耐老化等性能。并在布料、空调滤网

5、、太阳能电池板、绝缘子、高压输电线上进行了应用实验。关键词：超疏水，草莓状微球，自清洁，防冰覆IABSTRACTThesuperhydrophobicbehavioroflotusleaveshasattractedmoreandmoreinterest.Thisisbecausethatthesurfaceofthelotusleafpossesseshierarchicalstructures,andthespecialmicro-nanoscalestructureprovidesexcellentsuperhydropho

6、bicproperties.Thestrawberrycompositemicrospherescoveredwithnano-silica,whichmadeinthispaperaresimilartothesurfacemicropapillaeofthelotusleaves.Thestrawberry-likemicrospherescanformMicro-nanostructuressimilartothesurfaceoflotusleaves,andthepolystyrenespherescanbebetter

7、combinedwithadhesiveandeachother,Thiskindofstructuregreatlyimprovesthewear-resistingpropertiesofthesuperhydrophobicmaterial.Inthispaper,thestrawberrymicrospherescanbepreparedbysulfonatedpolystyrene(PS-SO3H)andpolyethylenepyrrolidine(PVP).Thenwecharacterizedtheproperti

8、esofthesuperhydrophobicmaterials,andthenstudysomeapplicationsinrealword.Themaindetailsareasfollows:1)Polystyrenemicrospheres