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用前景而持續(xù)受到關注。研究證明，薄膜表面的超疏水性主要取決于表面的粗糙結構。人工構建超疏水表面微結構的方法有很多，其中模板法最有希望實現(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。
　　 流延法是當前工業(yè)化生產(chǎn)聚合物薄膜的主流技術，如果能將模板微模塑技術同流延技術相結合，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）負模板熱壓微模塑聚乙烯時，發(fā)現(xiàn)聚乙烯表面類荷葉微乳突結構被明顯拉長，顯示超疏水性。這表明如果能將PDMS模板替換成輥狀模板，運用流延技術也能生產(chǎn)聚合物超疏水薄膜，即使該模板表面的微坑結構不深，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構，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

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構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，所制表面形成了均勻分布的微尖刺結構，在脫模溫度較高時，形成了細長的纖毛狀結構。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，但當將表面置于流速2 m/s、流量0.4m3/h、壓強4 kPa的連續(xù)水流下沖擊，5秒內(nèi)即從超疏水轉變成超

5、親水。
　　 第四章以不銹鋼模板為基礎，通過熱壓微模塑技術制備聚乙烯超疏水表面。先運用FeCl3蝕刻液對不銹鋼表面進行刻蝕，得到具有適當粗糙度的系列不銹鋼表面，再以此為模板熱壓聚乙烯，當溫度冷卻至120℃時，將聚乙烯迅速從不銹鋼表面剝離，得到接觸角超過150°，滾動角約為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，表面微毛刺結構明顯被拉長。
　　 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