海带启发的水下超疏油水凝胶的制备及性能研究

摘要

近年来，特殊润湿性表面已经成为材料学、物理、化学等相关领域的研究热点之一。水下超疏油材料因其在防污、防腐、水油分离、微流控、防生物附着等领域具有广阔的应用前景而受到广泛的关注。研究人员通过多种方法制备了多种水下超疏油材料，然而大多材料存在着制备工艺复杂、耐盐稳定性差等问题，为解决水下疏油材料的实际应用问题，对水下疏油材料的制备方法仍需要进一步的研究与改进。本论文的主要内容及结论如下：
　　(1)典型的海洋藻类植物海带在复杂的海洋环境中能够始终保持其表面的清洁。这一现象源自于其特殊的表面润湿性，对表面润湿性分析发现海带在空气中具有两亲性，水下具有超疏油性，对结构进行分析得出其表面具有微纳米级的突起结构。
　　(2)海藻酸钠是海带表面粘液的主要成分，壳聚糖来源于节肢动物，二者来源广，无毒，生物可降解，以它们为原料利用层层自组装技术制备水下超疏油表面材料，这种材料表面存在微纳米尺度的网络结构。在水下，二氯甲烷在表面的接触角CA=152°±2°，滚动角SCA=3.5°±1°。这种水下超疏油的表面材料具有良好的稳定性，不受溶液的酸碱性影响，在人工海水中能长期保持水下超疏油性的特性，同时，水下透光性远远高于干燥状态，透光率可达到80％以上。具有防止生物蛋白附着的性能。
　　(3)采取反复冷冻–解冻的方法制备聚乙烯醇掺杂的海藻酸钠水凝胶，调节聚乙烯醇的含量制备表面具有微纳米尺度的孔状结构的水下超疏油性能水凝胶，油在表面的水下接触角可达到152°，且粘附力很低，滚动角为1.5°，并且具有抗蛋白附着性能。同时聚乙烯醇的掺杂对海藻酸钠水凝胶的机械性能的提高起到有很大作用。
　　(4)人工合成的有机高分子聚合物聚二甲基二烯丙基氯化铵与聚苯乙烯磺酸钠均具有亲水性，将二者混合后超高速离心可制备复合水凝胶，这种水凝胶表面具有微纳米级的孔状结构，并且亲水性化学成分及表面结构使其具有水下超疏油性能以及抗生物附着性能。