聚合物基超疏水杂化涂层仿生制备的化工基础

自然界中许多奇妙的现象可归结于超疏水性，具有超疏水性能的表面在涉及防污自洁、微流动以及组织工程等方面具有重要的应用。借鉴对自然界超疏水性现象的观察，研究各类固体涂层材料表面化学组成、纳微结构与超疏水性的关系已成为表面化学与材料化学工程的学科前沿。拟研究以下内容：(1)采用微乳液聚合法合成系列含氟丙烯酸酯FPA及含硅聚氨酯预聚体SPU，通过引入纳米粒子对FPA-SPU聚合物进行改性，制备低表面能高交联密度的FPA-SPU/SiO2杂化材料；(2)采用纳米粒子填充法在聚合物IPN表面构建仿鲨鱼皮特殊表面纳/微米结构；(3)结合现代仪器手段(如FTIR、XPS、AFM、SEM、接触角仪等)对特殊表面的化学组成及微观结构参数进行实验分析与观测，研究表面化学组成和结构参数对涂层超疏水性影响的规律；(4)设计聚合物IPN基超疏水的表面涂层结构，发展各种性能协调兼备的低表面能防污涂层材料制备新方法。

借鉴对自然界超疏水性现象的观察，研究各类固体涂层材料表面化学组成、纳微结构与超疏水性的关系已成为表面化学与材料化学工程的学科前沿。本课题主要开展了如下几方面的研究工作：.（1）采用种子乳液聚合法，合成了具有核-壳结构的纳米SiO2/聚氨酯-含氟丙烯酸酯（SiO2/FPUA）复合乳液，考察了纳米SiO2和DFMA用量对乳液聚合过程及乳胶膜性能的影响。通过FT-IR、水接触角(WCA)、TEM、TG和DSC等表征乳液的结构形态、乳胶膜的表面疏水性和耐热性。乳胶粒子呈现“反相核壳”结构，以聚丙烯酸酯（PA）相为核，聚氨酯(PU)相为壳；由于纳米SiO2和DFMA的协同作用，涂膜的疏水性和综合性能得到了较大的提高。.（2）采用溶液聚合法合成了含不饱和双键的有机硅改性聚氨酯(SiPU)水分散体，以SiPU为种子乳液通过自由基聚合法合成了交联型氟硅改性聚氨酯-聚丙烯酸酯(FSiPUA)复合乳液，考察了HPMA、PDMS和DFMA用量对乳液聚合及涂膜性能的影响，对PUA、SiPUA、FSiPUA乳液及涂膜进行了表征。当PDMS和DFMA用量分别为7.0%和20.0%时，得到耐水性和疏水性良好的交联型FSiPUA杂化乳液，HPMA、PDMS和DFMA的引入使杂化乳液涂膜的表面粗糙度增加，吸水率减小，WCA升高至102.3º，表面自由能低至21.67 mN m-1，热稳定性和力学性能得到较大提高。.（3）采用溶胶-凝胶法，以TEOS和MTES为前驱体，在FSiPUA复合乳液中制备超疏水杂化涂层，考察了MTES/TEOS之比和FSiPUA乳液用量等对涂层表面粗糙度、疏水性、成膜性等微观结构和表面性能的影响，通过SEM和CA仪表征涂层的微观结构及疏水性。当FSiPUA乳液用量为20 %时，涂层具有超疏水特性，其WCA和滚动角(SA)分别为161.5 °和2.8 °，杂化涂层表面对水滴具有优异的不粘附性。.（4）采用原位自由基聚合法，利用相分离法制备出了多孔聚合物超疏水涂层，考察了交联单体乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)和致孔剂丁二醇(BDO)用量对涂层性能的影响。CA测定及SEM和AFM观测结果表明，涂层表面具有微/纳米复合结构，其CA和SA分别为153.8 °和4 °，呈现出较好的超疏水性和耐化学品性。由此，可设计合成新的具有微观结构的聚合物基超疏水涂层，制备各类防污涂层材料。