含氟硅嵌段共聚物靜電紡制備特殊浸潤性表面的研究.pdf

1、潤濕性是固體表面的一個(gè)重要性質(zhì)，自然界中存在的一些潤濕現(xiàn)象引發(fā)了人們對(duì)具有特殊潤濕性能材料的關(guān)注和研究。超疏水、超雙疏、智能響應(yīng)等特殊浸潤性材料由于其特殊的理化性質(zhì)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中具有十分廣闊的應(yīng)用前景和價(jià)值。有機(jī)氟硅化合物與乙烯基單體共聚形成的嵌段共聚物具有獨(dú)特的微相結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)，對(duì)該嵌段共聚物進(jìn)行靜電紡絲有望制得物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的超雙疏表面。
　　本文首先通過結(jié)合氟硅單體1，3，5-三甲基-1，3，5-三（3，

2、3，3-三氟丙基）環(huán)三硅氧烷(簡稱F3)的陰離子開環(huán)聚合(ROP)、苯乙烯(St)的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合ATRP，合成了含氟硅嵌段共聚物PMTFPS-b-PS，隨后對(duì)一系列含氟硅嵌段聚合物進(jìn)行了靜電紡絲，獲得了具有超疏水及良好耐溶劑性質(zhì)的電紡纖維表面。本文的主要成果如下:
　　一、運(yùn)用ATRP合成了結(jié)構(gòu)可控的PMTFPS-b-PS嵌段共聚物，并考察了所得共聚物的物理化學(xué)性質(zhì)。
　　(1)通過氟硅單體的ROP及其端基的功能化反應(yīng)

3、，合成了大分子ATRP引發(fā)劑并引發(fā)St的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合，合成得到結(jié)構(gòu)可控的含氟硅嵌段共聚物PMTFPS-b-PS。
　　(2)DSC測試表明，不同組成的PMTFPS-b-PS的玻璃化轉(zhuǎn)變行為有所不同，并且當(dāng)PMTFPS-b-PS嵌段共聚物中的氟硅鏈段較短時(shí)，PMTFPS-b-PS嵌段共聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變行為不是特別明顯，只有達(dá)到足夠長的PMTFPS長度，才能得到比較清晰的玻璃化轉(zhuǎn)變行為。
　　(3)AFM測試表明，嵌段共聚

4、物聚合物膜表面出現(xiàn)出與本體不同的微觀形貌，這主要是因?yàn)榍抖喂簿畚镌谇抖喂簿畚锉砻嬗凶越M裝作用，并且賦予共聚物膜表面一定的粗糙度。
　　(4)接觸角數(shù)據(jù)顯示，PMTFPS-b-PS嵌段共聚物膜表面對(duì)去離子水、甲酰胺接觸角均高于100.4°、82.5°，表現(xiàn)出聚合物膜優(yōu)良的憎水性和耐溶劑性能。并且嵌段共聚物PMTFPS-b-PS表面能的范圍在21.80～25.97mJ/m2，這也說明含氟硅鏈段想聚合物表面的富集能夠顯著降低嵌段聚合物的

5、表面能。
　　(5)XPS測試結(jié)果顯示，PMTFPS鏈段在嵌段共聚物膜上有表面富集現(xiàn)象，并且表面組成隨著嵌段共聚物中氟硅含量的變化而變化。
　　二、通過含氟硅嵌段共聚物的靜電紡絲，獲得了具備超疏水、高疏油的特殊浸潤性表面。
　　(1)接觸角數(shù)據(jù)顯示，含氟硅嵌段共聚物對(duì)水、甘油、甲酰胺、二甘醇的接觸角都高于146.2°、145.8°、143.4°、141.4°，并已經(jīng)達(dá)到超疏水、高疏油和耐溶劑的效果。
　　(2)當(dāng)

6、加入少量的PMTFPS鏈段含量，這幾種參比液體的接觸角急劇增大。但是當(dāng)含量增大到足夠大時(shí)，接觸角增大程度不是很明顯。
　　(3)當(dāng)PMTFPS含量為58.9％時(shí)，所得的嵌段共聚物靜電紡絲膜與水的接觸角達(dá)156°、甘油156°、甲酰胺的接觸角為154°、二甘醇151°，顯示出很好的超疏水性和耐溶劑性。
　　(4)相比靜電紡絲前的聚合物膜的接觸角，電紡纖維膜對(duì)水、溶劑的接觸角均有明顯增大，對(duì)水的接觸角均大于150°、滾動(dòng)角小于1

7、0°，體現(xiàn)出良好的超疏水以及耐溶劑性。
　　(5)TEM測試表明，嵌段共聚物纖維具有明顯的微相分離結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)出靜電紡絲賦予獨(dú)特的微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。嵌段共聚物電紡纖維膜超疏水、高疏油性是由含氟硅鏈段在表面的富集和表面粗糙化兩方面因素獲得的。
　　三、考察了不同靜電紡絲工藝條件對(duì)含氟硅嵌段共聚物靜電紡纖維膜的表面形貌及其浸潤性的影響。
　　(1)SEM分析表明，以DMF作為靜電紡絲溶劑，隨著電紡聚合物濃度的不斷增大，靜電紡嵌

8、段共聚物纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)由初始的珠粒結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榍逦鶆虻睦w維結(jié)構(gòu)。
　　(2)以DMF/THF作為紡絲溶劑，隨著接收距離的不斷增加，靜電紡含氟硅嵌段共聚物纖維膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)由原始的不規(guī)則團(tuán)粒結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)整有多孔的微球結(jié)構(gòu)，當(dāng)接收距離為15cm時(shí)，靜電紡纖維膜均勻度增大，并且比較穩(wěn)定。
　　(3)隨著共聚物相對(duì)分子質(zhì)量的增大，纖維直徑不斷增大;相對(duì)分子質(zhì)量和粘度對(duì)纖維形貌直徑和電紡纖維膜的浸潤性的影響也較大。
　　(4)當(dāng)噴