从自然到仿生的疏水超疏水界面绪论.ppt

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 (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 含氟高分子功能性的起因 结构对含氟聚合物疏水性能的影响 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) 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 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 含氟嵌段共聚物固体表面能的计算 含氟嵌段共聚物改性丙烯酸树脂的表面性能 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 2.3 嵌段共聚物与无规共聚物表面性能的比较 含氟高分子的XPS分析 X射线光电子能谱(XPS)，又名化学分析电子能谱法（ESCA）：定量研究固态聚合物表面组成结构的最广泛和最好的技术手段。 在XPS谱中，各元素有其特征的电子结合能和对应特征谱线 ；反过来可通过化学位移来推断原子所处的化学环境。 2.4 含氟丙烯酸酯乳液聚合及其表面性能 从憎水憎油性考虑，无规共聚结构的含氟高分子制备简单而且效果也很好； 全氟烷基丙烯酸酯类聚合物的最大应用领域就是作为纺织品的憎水、憎油整理剂。 氟单体含量的影响 随着氟单体氟单体含量增加，聚合物对水的接触角逐渐增大； 氟丙烯酸酯用量达到30％左右，表面性能变化趋于平缓 核壳结构含氟丙烯酸酯乳液聚合研究 在相同氟单体含量的情况下，核壳结构乳液成膜的疏水性能明显优于常规乳液 3、超疏水材料的制备、结构与性能 3.1 超疏水？ 3.2 自然界中的超疏水现象 3.3 超疏水的理论分析 3.4 超疏水表面的制备方法 3.5 超疏水材料的应用与展望 3.1 超疏水? 自然界不会活性聚合，也不会乳液聚合，却可以有着比任何人工合成材料更好的疏水性能——所谓“超疏水”的生命现象. 超疏水与静态接触角 疏水：接触角Θ大于900。 超疏水：接触角Θ大于1500； 疏水性的表征量 静态接触角： 越大越好 滚动角： 越小越好 如何获得疏水/超疏水表面？ 固体表面的润湿性能由化学组成和微观结构共同决定： 化学组成结构是内因： 低表面自由能物质如含硅、含氟可以得到疏水的效果。现代研究表明，光滑固体表面接触角最大为1200左右。 表面几何结构有重要影响： 具有微细粗糙结构的表面可以有效的提高疏（亲）水表面的疏（亲）水性能 3.2 自然界的超疏水现象 1999年，Barthlott和Neihuis认为：自清洁的特征是由于粗糙表面上的微米结构的乳突以及表面蜡状物的存在共同引起的； 乳突的平均直径为5~9um 2002年，江雷等提出微米结构下面还存在纳米结构，二者相结合的阶层结构才是引起表面超疏水的根本原因。 单个乳突由平均直径为120 nm结构分支组成； 超疏水的蝉翼表面 蝉翼表面由规则排列的纳米柱状结构组成．纳米柱的直径大约在80 nm，纳米柱的间距大约在180 nm．规则排列纳米突起所构建的粗糙度使