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超疏水表面由于具有自清洁,防污防腐等性能在工业、日常生活、生物、医学等领域有着潜在的应用价值,近年来成为表面功能材料研究的热点。具有多种功能的超疏水表面能进一步扩大超疏水表面的应用范围,提高其应用价值,受到了研究者们的广泛关注。本文在大量文献调研的基础上,结合超疏水表面在实际应用中的局限性,制备了几种多功能的超疏水表面,系统考察了相关因素对表面性能的影响规律,主要研究内容与结论如下:
1.利用砂纸为模板,冷压烧结制备了聚四氟乙烯(PTFE)表面。考察了冷压压力、烧结温度和模板对PTFE表面润湿性的影响,研究发现烧结温度是影响PTFE表面润湿性的主要因素。以棉织物为模板,利用同样的方法得到PTFE超疏水表面,对表面的耐久性进行考察,并且对PTFE表面烧结后特定形貌产生的原因进行了初步分析。结果表明所制备的PTFE表面具有很好的耐磨性和稳定性,PTFE表面的微纳米结构是在熔融温度以上烧结冷却过程中,由表面结晶态和无定形态共同组成。
2.在棉织物表面引入非响应性的低表面能分子,利用原子转移自由基聚合(ATRP)的方法,在棉织物表面接枝聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm),得到温度可控润湿性的棉织物表面。考察了PNIPAAm的接枝密度对表面润湿性的影响,对不同温度下表面润湿性变化的原因进行了分析。利用ATRP法将聚2-甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(PMETAC)分子刷接枝到棉织物表面,考察了溶剂对PMETAC表面进行离子交换的影响及阴离子对PMETAC接枝棉织物表面润湿性能的影响。研究表明水是离子交换的不良溶剂,甲醇/水混合液、甲醇和丙酮是离子交换的良溶剂。通过选择合适的阴离子可以实现棉织物表面润湿性的可逆调控。
3.以聚氨酯(PU)为粘结层,采用旋涂的方法,制备PU/TMS-SiO2(三甲基硅修饰的纳米二氧化硅)的透明超疏水复合涂层,重点研究了干燥温度对复合涂层表面润湿性能的影响。此外,在复合涂层中引入含铕的荧光物质,制备了具有荧光性能、且透明的超疏水表面。
4.利用ATRP反应在多壁碳纳米管(MWCNTs)表面接枝聚PMETAC分子刷,采用喷涂的方法在铜基底上制备MWCNT-PMETAC涂层。着重研究了阴离子对涂层表面润湿性的影响,得到了阴离子可控润湿性的MWCNT涂层。利用刻蚀沸水处理的方法得到粗糙的Al基底,在基底表面修饰PMETAC和3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的共聚物(PMETAC-co-TSPM),利用PMETAC中吸附的阴离子不同对所制备表面的润湿性进行调控。