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PVDF基复合材料超疏水表面的简易制备及稳定性研究

作　者: 谭宗尚
导　师: 李文
学　校: 南昌航空大学
专　业: 材料工程
关键词: 表面超疏水性低表面能物质稳定性耐久性
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

为开发制备工艺简单、成本低廉、同时稳定性和耐用性好的超疏水表面，本论文采用两种简单方法制备了两大类聚偏氟乙烯(PVDF)基复合材料超疏水表面。第一种制备方法是将聚四氟乙烯(PTFE)颗粒作为低表面能添加剂，分别以二氧化硅（SiO2），铝（Al）或炭黑（CB）粉末为填料，与PVDF基体粉末混合，热压后得到一系列含PTFE的PVDF基复合材料，然后使用砂纸打磨其表面后即获得超疏水性；另外一种制备方法是不添加PTFE，分别将SiO2，Al和CB粉末填料与PVDF基体粉末混合，压片后烧结成型，表面打磨后使用氟化试剂1H,2H,3H,4H-全氟辛基三氯硅烷(PFOTS)修饰即得到超疏水表面。使用接触角测试仪测量PVDF基复合材料表面水滴的接触角和滚动角；采用扫描电子显微镜(SEM)观察PVDF基超疏水表面的形貌；使用X-射线光电子能谱仪(XPS)对复合材料的表面元素进行分析；根据经受各种外界作用后超疏水表面对水滴的接触角和滚动角的变化来评价其超疏水性能的稳定性：采用无机物水溶液和有机试剂浸泡的方法测试超疏水表面耐化学稳定性；使用加热和降温的方法测试超疏水表面的温度稳定性；使用室外光照射的方法测试超疏水表面的耐紫外辐射稳定性；使用紫外加速老化试验测试超疏水表面的紫外老化稳定性。研究结果表明，含PTFE的复合材料经砂纸简单的打磨就能得到超疏水性，且PTFE含量为30%、打磨砂纸型号为320#时效果最好，接触角可达163°，滚动角4.2°；未含PTFE的复合材料表面经多种型号的砂纸打磨，经PFOTS修饰后，都能获得超疏水性，其接触角都在160°以上，滚动角小于5°；XPS测试结果表明打磨的PVDF表面结合有氟化试剂，其结合方式可能为氢键结合；含有PTFE粒子的PVDF超疏水表面具有较好的机械稳定性和可修复性。两种PVDF基复合材料超疏水表面对pH值从1~11的液体的接触角都大于150°，滚动角小于5°，对多种有机溶剂呈现超亲油性。对两种PVDF基复合材料超疏水表面的稳定性研究发现，没有添加SiO2和Al粉的两种PVDF复合材料超疏水表面对化学试剂浸泡、超声波清洗、-30~150℃的温度变化、紫外线辐照和加速紫外老化都具有很好的稳定性；添加SiO2粉的复合材料表面超疏水性能对碱不稳定，添加Al粉的复合材料超疏水表面对酸和紫外加速老化不稳定；SiO2/PVDF和Al/PVDF复合材料超疏水表面因其表面氟化膜的保护，其稳定性高于相应的SiO2-PTFE/PVDF和Al-PTFE/PVDF复合材料。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第1章绪论  8-24
  1.1 超疏水及其性能表征  9-10
    1.1.1 表面润湿性  9
    1.1.2 性能表征参数  9-10
    1.1.3 接触角滞后  10
  1.2 超疏水表面理论模型  10-13
    1.2.1 Wenzel理论  11
    1.2.2 Cassie理论  11-12
    1.2.3 其他理论  12-13
  1.3 影响超疏水表面性能的因素  13-15
    1.3.1 表面化学因素  13
    1.3.2 表面物理因素  13-14
    1.3.3 外部环境因素  14-15
  1.4 超疏水表面的制备方法  15-20
    1.4.1 蒸汽诱导相分离法  15
    1.4.2 模板法  15-16
    1.4.3 电纺丝法  16-17
    1.4.4 溶胶- 凝胶法  17-18
    1.4.5 刻蚀法  18-19
    1.4.6 拉伸法  19
    1.4.7 沉积法  19-20
    1.4.8 其他方法  20
  1.5 超疏水材料的应用  20-21
    1.5.1 在农业领域中的研究及应用  20
    1.5.2 在工业中的应用  20-21
    1.5.3 在国防领域中的研究及应用  21
    1.5.4 在日常生活中的应用  21
  1.6 本课题的研究目的、意义及内容  21-24
    1.6.1 研究目的及意义  21-22
    1.6.2 研究内容  22-24
第2章实验材料及实验方法  24-29
  2.1 材料的选择依据  24-25
    2.1.1 基体的选择  24
    2.1.2 低表面能物质的选择  24
    2.1.3 其他填料的选择  24-25
  2.2 样品的制备流程  25-26
  2.3 测试与表征  26-29
    2.3.1 实验测试试剂及仪器列表  26-27
    2.3.2 测试与表征  27-29
第3章耐磨可修复PVDF 基复合超疏水材料的制备及性能  29-38
  3.1 复合材料的制备  29-30
  3.2 表面打磨处理  30
  3.3 PTFE含量对PTFE/PVDF复合材料表面超疏水性能的影响  30-31
  3.4 砂纸型号对超疏水性能的影响  31-34
  3.5 其他填料对复合材料超疏水性能的影响  34
  3.6 PVDF基复合材料超疏水表面机械稳定性与修复性研究  34-37
  3.7 本章小结  37-38
第4章表面修饰法制备PVDF 基复合超疏水表面及其性能  38-46
  4.1 复合材料的制备  38-39
  4.2 表面处理  39
  4.3 纯PVDF超疏水性的研究  39-41
  4.4 复合材料超疏水性能的研究  41-42
  4.5 PVDF表面氟化机理的研究  42-44
  4.6 本章小结  44-46
第5章几种PVDF基复合材料超疏水表面的稳定性研究  46-56
  5.1 PVDF基复合材料对其他液滴的浸润性研究  46-48
    5.1.1 对不同pH值水溶液浸润性的研究  46-48
    5.1.2 对有机溶剂的浸润性  48
  5.2 复合超疏水材料稳定性的研究  48-55
    5.2.1 对酸液稳定性  48-50
    5.2.2 对碱液稳定性  50
    5.2.3 对盐溶液稳定性  50-51
    5.2.4 对有机溶液稳定性  51
    5.2.5 对温度变化稳定性  51-52
    5.2.6 对超声波清洗稳定性  52-53
    5.2.7 对紫外光照射稳定性  53
    5.2.8 对加速紫外老化稳定性  53-55
  5.3 本章小结  55-56
第6章结论与展望  56-58
  6.1 结论  56-57
  6.2 展望  57-58
参考文献  58-63
攻读硕士期间发表的论文  63-64
致谢  64-65

PVDF基复合材料超疏水表面的简易制备及稳定性研究

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