POSS基杂化丙烯酸酯聚合物的合成、相分离行为及其构建超疏水表面的研究

发布时间：2018-03-22 10:12

本文选题：POSS　切入点：嵌段聚合物　出处：《华南理工大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：自从超疏水表面的作用机理被揭示以来,‘荷叶出淤泥而不染’的特性就一直鼓舞着人们对超疏水表面进行锲而不舍的研究,科学家们已经在实验室中采用各种各样的制备方法在不同基材上制备出超疏水表面,然而大部分超疏水表面结构机械强度不高,其在实际应用中容易遭受机械性的摩擦损伤并最终丧失超疏水性。另一方面,多面低聚倍半硅氧烷(POSS)对聚合物的杂化改性研究一直是复合材料研究领域中的热点,而将POSS基杂化聚合物运用到超疏水表面的研究还较少。因此,丰富POSS基杂化聚合物在构造超疏水表面的研究,并且制备出实用性超疏水表面,无论是对超疏水表面构造的理论研究,还是对改变目前超疏水表面结构机械稳定性不好的现状都具有十分重大的意义。为此,本文开展以下几个方面的研究。(1)采用原子转移自由基聚合(ATRP)法两步合成POSS基杂化嵌段丙烯酸酯聚合物P(MMA-BA-HEMA)-b-PMAPOSS,利用FT-IR,1H NMR,GPC对聚合物结构表征发现反应合成了分子量可控且分子量分布较窄的聚合物,并且分子结构的表征值和设计值基本一致,整个反应过程活性可控。采用XRD、TEM和SEM分别表征聚合物在本体、溶液和涂膜上的自组装情况,结果表明:POSS在聚合物主体中存在部分结晶并聚集起来,聚合物在THF中能够形成核壳胶束,胶束尺寸会随着POSS在聚合物中含量的增大而增大,POSS在聚合物涂膜表面聚集形成纳米级的白色突起颗粒,随着POSS含量的增加,聚集体在表面的分布密度也会增大,但是聚集尺寸会出现先增大后稳定的现象,POSS在表面聚集会使表面更加粗糙,从而涂膜疏水能力也会提高。(2)以合成的嵌段聚合物与聚乙二醇(PEG)混合溶解,采用相分离的方法在玻璃片上构造粗糙度,并最终用含氟丙烯酸酯低表面能修饰获得超疏水膜。分别考察了POSS在聚合物中的含量、聚合物与PEG的配比、溶剂中THF与乙醇的配比和低表面能修饰操作对涂膜粗糙结构的影响,通过接触角测量仪(OCA)、SEM和EDS表征发现:在聚合物溶液中添加PEG成膜并水洗后能获得规整的蜂窝状表面结构,增大聚合物中POSS的占比或者减小PEG的相对含量均能够减小孔洞的尺寸,在溶液中添加乙醇能够增强相分离行为,从而使得到的表面结构更加粗糙立体,喷涂含氟丙烯酸酯(FA)溶液对原来的结构具有覆盖和侵蚀的作用,最终当聚合物与PEG配比为50:50,THF/乙醇=7:3时,涂膜低表面能修饰后对水的接触角为155.1°,同时滚动角为6.5°。(3)将制备的POSS基杂化含氟丙烯酸酯(PFA)溶解在乙酸乙酯/F113混合溶剂中,采用滴落成膜的方法在玻璃片上得到一层疏水涂膜,通过SEM、XPS、AFM、OCA研究了溶剂配比对涂膜表面形貌、表面元素、表面粗糙度和表面润湿性的影响,结果表明:涂膜表面会同时出现有机相的相分离和POSS聚集,从而构造形成了复合粗糙结构,随着混合溶剂中F113的增多,含氟基团会越来越多地迁移到表面来,而POSS在表面的聚集则会越来越少,这使得表面平均粗糙度越来越小并且表面能降低,综合而言表面的水静态接触角会出现先快速增大,而后缓慢增大的趋势,当使用纯F113时,表面疏水角能够达到135.0°。(4)通过向PFA溶液中加入α-氰基丙烯酸乙酯(EAC)的方法喷涂制备了一层具有实用性的PFA超疏水膜,EAC在成膜时发生聚合并且与基材的非键作用能够增强超疏水膜的强度,通过测试涂膜的自清洁性、耐摩擦性、耐水压性和透光性发现,涂膜对水的静态接触角和滚动角分别为158.1°和1.9°,具有良好的自清洁性能,涂膜分别在1.8 KFA压力下摩擦20次、在5.5 m高的水压下平衡10 min后、在1 mol/L的HCl和Na OH水溶液下浸泡10 h后均依然能维持超疏水性,同时涂膜透光率在75%以上,具有良好的透光性。
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【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O631

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