超疏水材料的制备及其应用

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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超疏水材料的制备及其应用论文作者：杨碧微学生类别：全日制学科门类：理学学科专业：高分子化学与物理指导教师：张旭职称：教授/DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofPolymerChemistryandPhysicalPreparationandApplicationofSuperhydrophobicMaterialbyYangBiweiSupervisor

2、:Prof.ZhangXuMay2016//河北工业大学硕士学位论文摘要超疏水表面是指固体材料表面对水的接触角大于150°，滚动角小于10°的一类特殊材料，由于其宏观上水滴呈现反重力现象，因而引起了众多学者的兴趣并且取得了显著进展。此外，超疏水材料在防水、防污、抗冰覆、抗菌、流体减阻以及油水分离等方面具有广阔的应用前景。已经发现一些疏水表面对水接触角可以接近约180°。目前科学界对构造超疏水表面的认知为：固体材料表面的微观粗糙度和材料本身表面自由能决定了其润湿性能，因此可以控制固体表面能和粗糙度来调控疏水能

3、力。本论文基于以上原理，利用多种手段和化学物质结合构筑了特殊微观粗糙度可控的超疏水表面，实现了对不同固体材料表面润湿性能的改变。主要内容有：1.利用SiO2模板制备了多尺度聚二乙烯基苯/聚五氟苯乙烯(HS-PDVB/PFS)共聚超疏水表面，此表面对水的静态接触角可达166.6°，动态滚动角低于3°，液滴在该表面维持稳定的Cassie-Baxter疏水状态，液-气接触面积达到96.12%，仔细研究了含氟聚合物对固体材料疏水性能的影响，以及微观粗糙度与材料组成成分两者对超疏水性能影响的临界关系；2.采用SiO2

4、纳米微球模板制备多尺度聚二乙烯基苯(HS-PDVB)超疏水表面，利用FT-IR、SEM、光学接触角测试仪等对该表面制备及制备过程进行表征，所制备的超疏水表面对水的静态接触角可达166.0°，动态滚动角低于3°，保持了稳定的Cassie-Baxter疏水模型，液-气接触面积达到96.61%，涂层表面被砂纸打磨20次仍然具有优良的超疏水能力，划痕实验中划痕区内实际破损不超过5%，符合GB/T9286-98中1级标准，ASTM-D3359中4B级标准，已经可以在塑料基材、金属基材、纸质基材、织物基材以及建筑基材表

5、面进行简单的喷涂构筑，实现自清洁能力，在一定范围内构造了无氟超疏水表面，具有绿色环保的重大意义；3.利用HS-PDVB的超疏水超亲水能力，自制简易装置，将不锈钢网膜应用到油水分离操作当中，考察了该网膜对油水混合物的分离能力，经有机溶剂萃取-紫外分光光度法检测除油效率可达99%以上。关键字：超疏水，聚二乙烯基苯，自清洁，多级结构，油水分离I河北工业大学硕士学位论文ABSTRACTSuperhydrophobicsurfaceswithwatercontactangles(WCA)greaterthan150a

6、ndslideangles(WSA)lowerthan10havereceivedgreatinterestbecauseoftheiruniquewaterantigravityphenomenonandself-cleaningproperties.Moreover,thepracticalapplicationsofwater-repellencyarerangingfrombiomimicrytocommoditymaterialssuchasanti-fouling,anti-icing,anti

7、-bacterial,fluiddragreduction,andseparationtechnique.Ithasbeendiscoveredthatwaterdropletsonhydrophobicsurfacescanevenbeapproachingapproximatelyupto180°.Surfacewettabilityisgovernedbythemicrostructureandsurfaceenergyofasolid;thusthesurfacewettabilitycanbeco

8、ntrolledbythemodulationofsurfaceenergyandroughnessofasolid.Inthispaper,usingavarietyofmeansandchemicalstobuildasuperhydrophobicsurfacecontainingspecialstructure,toachieveachangeofdifferentsolidsurfacewettabil