静电喷涂制备超疏水性聚苯乙烯膜的研究

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具有特殊表面浸润性的功能材料,因其具备优异的性能而在催化、采油、涂饰、防水和生物医药等众多领域有着重要的实际应用价值。近年来,在特殊表面浸润性的材料中的超疏水的自清洁界面材料,由于其防雪、防水和防污等实际应用而引起了一些国内外的学者的极大关注,他们为制备具有特殊表面浸润性材料提供了一定的理论指导,并开发出许多不同的制备原料和工艺方法,研究工作取得了突飞猛进的发展。研究结果表明,由固体膜表面化学组成和表面的微观几何结构的差异,使得水在其固体膜表面上呈现不同的润湿性、吸附性等性能。选择适当的原料和工艺,构筑具有微纳米复合结构的膜表面,可制备具有自清洁能力的超疏水表面,这为制备最佳的表面结构提供理论指导。静电喷涂法是近年来逐渐发展起来的制备微米至纳米级结构的技术。在诸多超疏水性表面的制备方法中,静电喷涂法具有方法简单快速,一步即可得到大面积的微纳米结构的特点,是唯一有希望成为批量生产多根长距不同类型的聚合物纳米纤维的工艺手段,是十分经济有效地制备微纳米材料的新方法。采用静电喷涂法制备超疏水性膜材料的工艺中,除了喷涂电压、固化距离(喷嘴到接丝装置距离)、挤出速度等因素外,聚合物的种类、分子量、溶液的浓度,溶剂的挥发性和极性等均是影响表面形貌及性能的重要因素。本论文分别以聚苯乙烯(PS)的四氢呋喃(THF)溶液和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液为原料,采用静电喷涂法,制备出了具有自清洁功能的超疏水PS膜材料,并通过扫描电镜(SEM)和静态接触角测定仪(OCA)对膜表面的形貌及浸润性进行了研究。主要研究内容为:1.以PS/THF溶液为原料,通过调节溶液浓度,制备了不同结构及浸润性的PS膜表面。结果表明,当PS的分子量为250kg/mol、溶液的质量分数为5%时,得到的PS膜表面具有多孔状的微米颗粒与纳米纤维相复合的粗糙结构,该表面与水的接触角高达153°,表明该膜表面具有超疏水特性。2.以PS/DMF溶液为原料,通过调节溶液浓度,制备了不同结构、浸润性及吸附性的PS膜表面。结果表明,当PS的分子量为250kg/mol,溶液的质量分数为5%时,得到的PS膜表面具有微-纳米复合结构,该表面与水的接触角高达167°,吸附力达到15N,表明该膜表面具有超疏水特性的同时对水滴具有很低的吸附力。
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