仿生的超疏水纳米界面材料L研究进展

60
0
20
40
60
80
100
120
Annealing time(min)
Annealing temperature is 120℃, the sample is BMA96FAEA10.2
110 100
90 80 70
40
热处理T的影响
60
80
100
120
140
Annealing temperature( 0C )
2.2 含氟嵌段共聚物固体表面性能的研究
研究外部条件、氟嵌段长度（氟含量）、 共聚链段长度等对表面性能的影响
表面性能的表征：接触角、表面张力或表 面能
热处理对嵌段共聚物表面性能的影响
Contact angle ( 0 ) Contact angle (0)
110
100
热处理t的影响
90
80
70
结构对含氟聚合物疏水性能的影响
聚合物
聚偏二氟 乙烯
结构
氟含量 %
-(-CH2CF2-)-
59.3
表面张力 （dyn/cm）
25
聚十五氟
庚烷基甲
[ CH2C(CH3)]
59
11
基丙烯酸 乙酯
COOCH2CH2C7F15
氟丙烯酸酯聚合物的表面形貌
氟丙烯酸酯织物整理剂
氟丙烯酸酯织物整理剂： 杜邦(Teflon)， 赫斯特(Nuva)， 阿托化学(Forapade)、 旭硝子(Asahi-guard)、 大金(Unidyne)
含氟高分子被用作涂料表面改性剂，通过添加 含氟高分子可以获得不润湿表面，使其具有憎 水、憎油和防污能力。
以丙烯酸酯类树脂为基体树脂，通过添加含氟 嵌段共聚物作为表面改性剂，研究含氟嵌段共 聚物的加入对涂料防水、防油和防污能力的影 响
添加量对丙烯酸酯树脂表面性能的影响
110 100
90 80 70
含氟嵌段共聚物固体表面能的计算
Sample
WF( θ(H2O) θ(C2H2I2) γc
γd
γp
γsv
%) degree degree mN/ mN/ mN/ mN/
mmmm
BMA96FAEM2.1c 5.5
90
66
25 22.56 2 24.56
BMA96FAEM3.1 7.6 105
84
18.7 14.24 1.73 15.97
84
15.1
1.0
16.1
氟含量相近时，嵌段共聚物具有比无规共聚物更低的 表面张力， 但二者差别并不大；
表面性能比较 2.4 氟丙烯酸酯乳液聚合及其表面性能
2.1 ATRP法制备含氟嵌段共聚物
溶剂：环己酮 引发剂：α-溴代异丁酸乙酯 催化剂/配位剂：CuBr/五甲基
二乙基三胺 氟单体：丙烯酸全氟烷基乙基
酯
CH2=CHCOOCH2CH2(CF2)7.6CF3
共聚单体：BMA/MA/MMA等
性能？成本？
氟单体（丙烯酸全氟烷基乙基酯）很昂 贵，产品成本高；
使用活性聚合制备嵌段共聚物只需要很 少的氟单体用量就可以得到很好的拒水 拒油效果 ？？？
2、氟丙烯酸酯共聚物的疏水性能
2.1 氟丙烯酸酯两嵌段共聚物的制备 2.2 氟丙烯酸酯两嵌段共聚物的表面性能 2.3 氟丙烯酸酯嵌段共聚物与无规共聚物
0
接触角
1
2
3
4
百度文库wt ratio ( % )
34
32
30
28
表面张力
26
24
22
20
18
16
0
1
2
3
4
wt ratio(%)
contact angle r (mN/m)
s
用极少量的改性的丙烯酸酯树脂膜具有低表面性质
2.3 嵌段共聚物与无规共聚物表面性能的比较
Type
Samples
WF (%)
Θ
(H2O) degree
(6)抗粘性 (7)耐磨擦性 (8)光学特性 (9)电学性能 (10)流变性能
含氟高分子功能性的起因
范德华引力半 径/nm
电负性
C－X键能 / kJ.mol-1 C－X极化率 /10-24cc
H 0.12 2.1 416.31 0.66
F 0.135
4.0 485.34 0.68
Cl 0.18 3.0 326.35 2.58
BMA96FAEAx
石蜡油在共 聚物表面的
接触角
含氟嵌段共聚物固体表面能的计算
液体在固体表面的润湿行为可以用Yong氏方程来描述
lvCos sv sl e
lv l d l p
1＋Cos 2
d s
(
ld )2 lv
sp (
lp ) lv
Fowkes： 界面间的吸 引力应为表 面上不同分 子间作用力 之和
BMA96FAEM4.5 10.6 106
86
18.3 13.3 1.70 15.00
BMA96FAEM8.2 17.0 112
88
15.4 12.96 0.92 13.88
BMA96FAEM10.1 19.7 113
88
15.0 13.04 0.83 13.87
含氟嵌段共聚物改性丙烯酸树脂的表 面性能
Annealing time is 30 min, the sample is BMA96FAEA10.2
BMA嵌段长度对接触角的影响
FAEA链段长度 固定为 2.0
BMAxFAEA2.0
水在共聚物表面的接 触角
石蜡油在共聚物 表面的接触角
FAEA嵌段长度对接触角的影响
水在共聚物表面 的接触角
BMA嵌段长度 固定为 96
Θ
(C2H2I2) degree
γd mN/m
γp mN/m
γs mN/m
5％ serie
MA156FAEA1.7
4.54
90
64
23.2
3.7
26.9
s
MArF-5％ 4.82
90
63
23.8
3.6
27.4
15.5 110
84
14.7
0.8
15.5
16%
MA72FAEA3.5
serie
s
MArF-17% 16.3 109
从自然到仿生的疏水/超疏水界面 材料
内容
1、引言 2、含氟丙烯酸酯共聚物的制备和表面性
能； 3、超疏水界面材料的制备、结构与性能
1、 引言
疏水——自然界的 启发
水滴在荷叶，鹅毛 等表面随意地滚动。
1.1 问题的引出
润湿——固体表面的重 要特征之一：疏水（不 浸润）、亲水（润湿）;
疏水(憎水，拒水)：接 触角Θ大于900;
Young方程:
σLV cosθ=(σSV- σSL )
疏水表面：纺织品、自 清洁玻璃、化工管道输 送等等
接触角、表面张力与润湿性能
低表面能（表面张力）物质利于形成疏 水表面:氟、硅类材料
1.2 含氟聚合物与疏水性能
含氟聚合物的优异性能：
(1)耐热性 (2)耐化学药品性 (3)耐气候性 (4)憎水憎油性 (5)防污染性