模板法熱壓-剝離工藝制備聚合物超疏水表面.pdf

1、近年來，超疏水表面由于在自清潔、流體減阻、抗霧、抗生物性、防潮等方面的廣闊應(yīng)用前景而持續(xù)受到關(guān)注。研究證明，薄膜表面的超疏水性主要取決于表面的粗糙結(jié)構(gòu)。人工構(gòu)建超疏水表面微結(jié)構(gòu)的方法有很多，其中模板法最有希望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)聚合物超疏水薄膜，因而成為研究的熱點(diǎn)。
　　 流延法是當(dāng)前工業(yè)化生產(chǎn)聚合物薄膜的主流技術(shù)，如果能將模板微模塑技術(shù)同流延技術(shù)相結(jié)合，就有望大規(guī)模生產(chǎn)聚合物超疏水薄膜。然而我們及其他研究者都發(fā)現(xiàn)在荷葉負(fù)模板上通過簡

2、單的熱壓聚合物，很難得到超疏水表面，這可能是由于聚合物的熔融粘度較高，以致不能精確復(fù)制所造成的。
　　 在之前的研究中，我們在使用從荷葉翻模制得的聚二甲基硅氧烷（PDMS）負(fù)模板熱壓微模塑聚乙烯時(shí)，發(fā)現(xiàn)聚乙烯表面類荷葉微乳突結(jié)構(gòu)被明顯拉長，顯示超疏水性。這表明如果能將PDMS模板替換成輥狀模板，運(yùn)用流延技術(shù)也能生產(chǎn)聚合物超疏水薄膜，即使該模板表面的微坑結(jié)構(gòu)不深，分布也不規(guī)則。受此啟發(fā)，我們采用多孔陽極氧化鋁、不銹鋼/尼龍絲網(wǎng)、酸

3、蝕刻后的不銹鋼片以及鋼輥這些硬模板來代替PDMS軟模板，來制備聚合物超疏水表面。
　　 在第二章中，我們以多孔陽極氧化鋁為模板，采用熱壓微模塑高密度聚乙烯（HDPE），當(dāng)溫度降至粘流溫度以下后，剝離模板得到聚乙烯超疏水薄膜。掃描電鏡照片（SEM）顯示表面分布著納米刺結(jié)構(gòu)，這就是該表現(xiàn)出超疏水性的主要原因。
　　 我們在第三章介紹以不銹鋼絲網(wǎng)和尼龍絲網(wǎng)為模板，用熱壓微模塑的方式制備了聚合物表面。就是用絲網(wǎng)熱壓聚合物熔體，當(dāng)

4、溫度降至粘流溫度或熔融溫度以下后，剝離絲網(wǎng)模板，得到聚合物表面。系統(tǒng)研究了熱壓溫度、脫模溫度以及聚合物種類等因素對所制表面微觀結(jié)構(gòu)和超疏水性能的影響。
　　 掃描電鏡觀察表明，在脫模溫度較低時(shí)，所制表面形成了均勻分布的微尖刺結(jié)構(gòu)，在脫模溫度較高時(shí)，形成了細(xì)長的纖毛狀結(jié)構(gòu)。接觸角測量表明，尖刺或纖毛表面均具備穩(wěn)定的超疏水性能，但當(dāng)將表面置于流速2 m/s、流量0.4m3/h、壓強(qiáng)4 kPa的連續(xù)水流下沖擊，5秒內(nèi)即從超疏水轉(zhuǎn)變成超

5、親水。
　　 第四章以不銹鋼模板為基礎(chǔ)，通過熱壓微模塑技術(shù)制備聚乙烯超疏水表面。先運(yùn)用FeCl3蝕刻液對不銹鋼表面進(jìn)行刻蝕，得到具有適當(dāng)粗糙度的系列不銹鋼表面，再以此為模板熱壓聚乙烯，當(dāng)溫度冷卻至120℃時(shí)，將聚乙烯迅速從不銹鋼表面剝離，得到接觸角超過150°，滾動(dòng)角約為5°的聚合物表面。通過SEM觀察，發(fā)現(xiàn)在剝離模板的過程中，表面微毛刺結(jié)構(gòu)明顯被拉長。
　　 為了更加接近工業(yè)化生產(chǎn)聚合物超疏水表面，我們直接以滾壓成型的