聚合物改性及微结构对其表面润湿性能影响的研究

摘要

润湿性是固体材料表面的基本性质，材料表面润湿性调控可应用在生物医用、仿生、涂料、润滑、自清洁等许多方面。在过去的几年中，特殊润湿性表面的设计和应用引起了越来越多的关注。影响表面润湿性能的最重要因素是固体的表面自由能（化学构成）和表面微结构。虽然相关的研究取得了重大进展，但是特殊润湿性能表面的制备方法依然具有很多缺点，比如制备周期较长，成本高，疏液面积小等，这些都非常不利于特殊润湿性能表面制备技术的推广。本论文为改善以上问题，基于聚合物表面改性及微结构的实验，探究两者对聚合物表面润湿性的影响因素，从基础理论研究中总结实验规律，并提出了多种改善聚合物表面润湿性能的加工制备方法。
　　本文研究了规则多边形微结构修饰聚合物表面，研究了方格网络有序排列微纳石英修饰LDPE表面，通过共混硅酮母粒制备特殊润湿性能表面，并以表面涂覆的方法进一步改善表面润湿性能，还设计改性PDMS表面润湿性能的表面改性剂分子。本文为制备聚合物特殊润湿性表面提供了新的思路，主要工作成果如下:
　　本文研究了微结构对聚合物表面润湿性能的影响。在规则多边形微结构修饰聚合物表面实验，以LDPE、PP、ABS、PMMA为实验原料，以三角形微结构和六边形微结构为模具，以注塑微结构为加工方法，制备了特殊润湿性能表面，测试了去离子水和表面能极低的洗洁精在其表面的接触角，总结出低成本大尺寸的特殊润湿性能表面的制备方法，探讨了三角形和六边形微结构对表面润湿性能的影响。通过方格网络有序排列微纳石英修饰聚碳酸酯表面实验，将分散的微纳尺寸石英粉均匀有序排列在更小尺寸的微纳方格网络中，以热压印为技术手段，将“粗粒细网”结构修饰LDPE表面形成“粗底细头”的微结构，制备了近似超疏水的特殊润湿性能表面。
　　本文通过共混硅酮母粒和表面涂覆二氧化硅和光扩散机制备特殊润湿性表面，研究了表面化学组成对固体表面润湿性能的影响。在共混硅酮母粒改性聚合物表面实验中，以工程应用最为广泛的两种聚合物PP和LLDPE作为实验原料，以三角形微结构和六边形微结构为模具，制备特殊润湿性能表面，测试了去离子水和色拉油与表面的接触角，继续完善了低成本大尺寸的特殊润湿性能表面的制备技术，并且探讨了微结构之间的间隙对于聚合物表面基团取向的影响。通过将LLDPE、PP纯片及其共混样片分别涂覆成膜，制备特殊润湿性能表面，测试了去离子水、乙二醇和甲酰胺在其表面的接触角，根据LW-AB法计算得出相应固体表面能，对比了纳米二氧化硅和光扩散剂的涂覆改性作用。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 课题的研究背景和意义

1．2 具有特殊润湿性的自然生物微结构表面

1．3 特殊润湿性表面的应用

1．2．1 水下防油涂料

1．2．2 自我清洁

1．2．3 油／水分离

1．2．4 油滴操纵

1．2．5 耐腐

1．2．6 防堵塞

1．2．7 液体微透镜阵列

1．2．8 捕油

第二章 润湿理论和特殊润湿性能表面的制备方法

2．1 润湿理论基础

2．1．1 润湿现象的原因

2．1．2 润湿现象的分类

2．1．3 固体表面润湿理论基础

2．1．4 润湿现象的表征

2．1．5 固体的表面能估算

2．1．6 聚合物表面能的计算

2．2 国内外制备特殊润湿性材料表面的方法

2．2．1 超疏水表面

2．2．2 超疏油表面

2．2．2 超疏油超亲水表面

2．2．3 可控油粘性表面

2．2．4 各向异性油润湿性表面

2．2．5 具有高透明度的表面

2．3 本课题研究的内容

2．3．1 本课题的主要研究意义

2．3．2 本课题的主要研究内容

2．3．3 本课题的技术方案

第三章 微结构对聚合物表面润湿性能的影响

3．1 引言

3．2 规则多边形微结构修饰聚合物表面的研究

3．2．1 实验背景

3．2．2 实验过程与结果讨论

3．2．3 实验小结

3．3 基于方格网络有序排列微结构石英修饰LDPE表面

3．3．1 实验背景

3．3．2 实验过程与结果讨论

3．3．3 实验小结

3．4 本章小结

第四章 改性对聚合物表面润湿性能影响的研究

4．1 引言

4．2 共混硅酮母粒制备特殊润湿性能表面的研究

4．2．1 实验背景

4．2．2 实验原料选择和实验过程

4．2．3 实验结果与讨论

4．2．4 实验小结

4．3 通过表面涂覆的方法进一步改善表面润湿性能的研究

4．3．1 实验背景

4．3．2 实验原料的选择

4．3．3 实验过程和结果讨论

4．3．4 实验小结

4．4 本章小结

第五章 基于改性PDMS表面润湿性能的表面改性剂分子设计的研究

5．1 引言

5．2 实验原料的选择

5．3 实验过程与结果讨论

5．3．1 聚乙烯醇PEG改性PDMS备特殊润湿性能的研究

5．3．2 疏水改性丙烯酸聚合物ACU改性PDMS特殊润湿性表面的研究

5．3．3 石蜡改性PDMS制备特殊润湿性能表面的研究

5．3．4 极高分子硅酮分散乳液FBL改性PDMS特殊润湿性材料表面的研究

5．4 本章小结

第六章 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

6．3 创新点总结

参考文献

致谢

作者和导师简介