蒸发对聚合物有序结构构筑及多孔介质表面处理的影响

摘要

在材料科学领域中，研究蒸发的理论与应用有助于指导实际工作及解决难题。本论文分别研究了蒸发对聚合物有序结构构筑及多孔介质表面处理的影响。
　　在聚合物有序结构构筑方面，我们研究了Marangoni对流对呼吸图阵列的影响。在饱和湿度的环境下将聚苯乙烯-b-聚丙烯酸的二硫化碳溶液浇注到基板上（静态呼吸图法），可以减小由空气流动干扰引起的不确定性。因此，在静态呼吸图中Marangoni对流对呼吸图阵列的影响起主导作用。利用改变基板的表面性质或形貌，可以对蒸发液滴内Marangoni对流进行加强或限制。根据“咖啡环”效应，我们观察静态呼吸图的蒸发过程及所形成的图案特征，测试多孔薄膜的厚度，分析Marangoni对流对呼吸图阵列的影响。低表面能的基板可以加强Marangoni对流，不适用于在聚合物薄膜上制备具有高度有序的单层阵列的图案。由Marangoni对流引起的方向性强表层流是形成有序呼吸图阵列的主要原因。我们的结论有助于人们更深、更详细地了解静态呼吸图法，对研究呼吸图阵列的形成机理具有重要意义，同时也提供了一种控制微孔有序排列的方法。
　　由蒸发引起的质量传输除了表现在“咖啡环”现象中的Marangoni对流，还表现在多孔介质的蒸发过程中溶质分布的非均匀性效应。由于水分的蒸发诱导作用，溶质在表层富集，形成内部含量少而表层含量多的非均匀分布。此过程是一个自发的过程，对多孔介质的表面处理（如亲/疏水处理）具有重要的意义。合理地利用溶质分布的非均匀性效应，只需少量的改性剂就可以在多孔介质的表面富集高浓度的改性剂。这将有利于多孔介质表面处理中改性剂用量和生产成本的降低。建筑石膏是一种常用的多孔介质，对其进行疏水处理可以克服其防水性能差的缺点。因此，我们以建筑石膏疏水处理为例，研究了非均匀分布溶质对多孔介质表面处理的影响。采用硅烷偶联剂A151为改性剂，聚乙烯醇(PVA)为增强剂，通过测试石膏试样的表面润湿性能、吸水率、抗压强度等防水性能，分析其元素分布和观察微观形貌，我们证实其防水剂成分（溶质）的分布具有非均匀性，并分析了有机硅复合防水石膏的防水机理。溶质随着水分的蒸发迁移，在表面富集，形成致密的防水层。只需要少量的A151与足够的PVA，就可以使石膏试样具有低的吸水率和高的耐水强度。浸水2h后，石膏试样的吸水率仅为0.9％，其湿强仍然是普通石膏制品干强的1.4倍。因此，溶质的非均匀分布有利于在保持石膏制品良好防水性能的同时降低防水剂的用量，对生产中成本的降低具有重要意义，对其它多孔介质的表面处理也具有指导意义。
　　蒸发的深入研究与合理利用可以为材料科学的研究工作提供新的研究思路和解决方法，并挖掘出新的意义与价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 有序结构的构筑

1．2．1 咖啡环效应

1．2．2 可控蒸发自组装

1．3 多孔介质中的蒸发

1．3．1 水分的热质传递规律

1．3．2 溶质分布的非均匀性效应

1．3．3 非均匀分布溶质的应用

1．4 研究内容与目的

第二章 Marangoni对流对呼吸图阵列的影响

2．1 引言

2．1．1 呼吸图法的过程及机理

2．1．2 研究内容与目的

2．2 实验部分

2．2．1 化学试剂

2．2．2 静态呼吸图法构筑有序多孔薄膜实验过程

2．2．3 仪器与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 平面基板上的挥发性液滴及多孔薄膜

2．3．2 拐角形基板上的挥发性液滴及多孔薄膜

2．3．3 台阶形基板上的挥发性液滴及多孔薄膜

2．3．4 三维基板上的挥发性液滴及多孔薄膜

2．3．5 静态呼吸图法构筑多孔有序薄膜的机理

2．4 小结

第三章 非均匀分布溶质对建筑石膏疏水处理的影响

3．1 引言

3．1．1 防水石膏的研究现状

3．1．2 研究内容与目的

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 有机硅复合防水剂的配制

3．2．4 有机硅复合防水石膏的制备

3．2．5 石膏试样的性能测试

3．3 结果及讨论

3．3．1 有机硅复合防水石膏的防水性能

3．3．2 石膏试样中溶质分布的非均匀性

3．3．3 有机硅复合防水剂的作用机理

3．4 小结

第四章 结论

参考文献

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致谢