毕业论文-仿生超疏水pvdf膜材的制备与表征(编辑修改稿)

毕业论文-仿生超疏水pvdf膜材的制备与表征(编辑修改稿)内容摘要：

表面。 天津工业大学 20xx届本科生毕业论文 9 采用溶胶凝胶法可以较好地控制表面构造，从而有效地提高表面粗糙度。 利用溶胶凝胶法 ， 将水软铝石膜浸入热水中，通过调整浸泡时间来控制表面粗糙度在 20 nm50 nm 之间，然后接上含氟硅料，得到了透明的超疏水膜。 利用化学气相沉积法也可调控表面粗糙度来获取超疏水表面。 在利用化学气相沉积时，一般通过控制气体压力和底材的温度以使表面粗糙度维持在 9. 4 nm 60. 8 nm，再接枝含氟材料 , 形成富集氟元素的单分子层，接枝后的表面仍然保持着原有的粗糙度。 与水静态接触角可达 160176。 天津工业大学 20xx届本科生毕业论文 10 第三章 实验部分 实验材料、试剂及仪器 试剂 表 31 实验 药品 实验 药品 规格 生产厂家 聚偏氟乙烯（ PVDF） 粉体 上海三爱富新材料股份有限公司 N,N二甲基甲酰胺（ DMF） 化学纯 天津 市光复科技发展 有限公司 OLEOPHOBOL 7713 工业纯 Ciba 公司 二氧化钛 粉体 市售 白矿物油 分析纯 天津科密欧化学试剂有限公司 正庚烷 分析纯 天津科密欧化学试剂有限公司 实验仪器 表 32 实验仪器 仪器名称 型号 生产商 接触角测定仪 JY82 承德实验机有限责任公司 接触角测定仪 JYSP180 北京金盛鑫检测仪器有限公司 环境扫描电子显微镜 Quanta 200 捷克 FEI 公司 焙烘机 LTF97885 瑞士 Werner Mathis 公司 电动搅拌器 D740150 天津市二十八中仪器厂 电子分析天平 METTLER AE 200 哈尔滨凯美斯特有限公司 电热鼓风干燥箱 DL1011BS 天津市中环实验电炉有限公司 原子粒显微镜 (AFM） Nanoscope 3a 美国 Weeco DI mutimode 公司 织物强力仪 YG065 莱州市电子仪器有限公司制造 X 射线衍射仪 D8 DISCOVER with GADDS 美国 BRUKER AXS 公司 差式扫描量热仪 DSC7 美国 PERKIN ELMER 公司 综合热分析仪 STA409PC 德国 NETZSCH 公司 天津工业大学 20xx届本科生毕业论文 11 表 33 自制模板 模板编号 表面 凸体直径 /μ m 1 2 3 4 5 实验内容及方法 涂层胶的配制 涂层胶的配制 取一定量的聚偏氟乙烯 (PVDF)粉体用 N,N二甲基甲酰胺（ DMF）溶解 [23]，在常温下用电动搅拌器搅拌 2h，放置 24h 脱泡，待用。 疏水型 PVDF 涂层胶的配制 将一定量的含氟树脂乳液倒入烧杯中，在 50℃ 下蒸发溶剂，直到含氟试剂由乳液变成固态，然后将含氟树脂固体在研钵中研磨成粉末后加入到质量分数为15%的 PVDF 涂层胶中，用电动搅拌器搅拌 2h，静置脱泡 24h，待用，其中含氟树脂质量分数为 2%、 4%。 烘干温度及焙烘温度的筛选 烘干温度的筛选 将 15%PVDF（没有特殊说明均为质量百分比浓度）涂层胶均匀 涂覆 于 5模板上，分别在不同的烘干温度 下 烘干 30min。 冷却后将 PVDF 膜从模板上小心的剥离，制成样品测试其接触角，筛选出最佳烘干温度。 烘干温度分别为： 80℃ 、 100℃ 焙烘温度的筛选 将 15%PVDF 涂层胶均匀 涂覆 于 5模板上， 80℃ 烘干 30min，在不同 焙烘温度下焙烘 5min。 冷却后将 PVDF 膜从模板上小心的剥离，制成样品测试其接触角，筛选出最佳焙烘温度。 焙烘温度分别为： 120℃ 、 180℃ 粗糙度对 PVDF 膜表面疏水性的影响 天津工业大学 20xx届本科生毕业论文 12 工艺流程：模板（ 15） → 涂覆 15%PVDF 涂层 胶 →80 ℃ 烘干 30min→180 ℃焙烘 5min→ 性能测试 表面能对粗糙 PVDF 膜表面疏水性的影响 选用 15模板， 分别均匀 涂覆 按 制备的 疏水型 PVDF 涂层胶 ， 80℃烘干 30min, 180℃ 焙烘 5min。 取出 冷却后将 PVDF 膜从模板上小心的剥离， 制成样品测试其静态接触角及滚动角。 测试 表征方法 接触角测试 将待测试样固定在接触角测试仪上，用进样器吸取 ，滴到样品膜表面，调节焦距得到清晰图像。 再调节水滴的位置使切点与中心点重合，读出读数。 在膜的不同部位选择 5个点进行测试，取算术平均值即为该膜与水的接触角。 用进样器吸取 ，将膜材固定在接触角测试仪上，重复测试 3个滚动角数值，取其平均值。 集灰试验是德国波恩大学开发的一个快速测定移动水清洁作用的实验， 在样品膜表面均匀撒上碳粉（为使效果明显，本实验采用二氧化钛取代碳粉），并用注射器吸取 ，倾斜基面一定角度，使水滴滚落，进行拍照分析带走灰尘的多少，从而定性评价膜材防污自洁效果。 拒油等级测试采用 AATCC1181992标准。 首先是用最低级别的实验液体（即白矿物油），将不同表面张力的液体以 0. 05mL 液体小心滴于织物上。 观察渗透情况，如果在 30s内无渗透和润湿现象，则紧接着用较高级别的实验液体滴于织物上。 实验连续进行，直至实验液体在 30s内润湿液滴下方和周围的织物 为止。 织物的拒油等级以 30s内不能润湿织物的最高编号的实验液体表示。 天津工业大学 20xx届本科生毕业论文 13 表 34 拒油级别测试等级表 标准试液 表面能（ mJ/㎡） 拒油级别 自建液体系 表面能（ mJ/㎡） 白矿物油 白矿物油 :正十六烷（ 65:35） 正十六烷 正十四烷 正十二烷 正癸烷 正辛烷 正庚烷 1 2 3 4 5 6 7 8 白矿物油 白矿物油 :正庚烷（ 90:10） 80:20 70:30 60:40 50:50 30:70 正庚烷 注：润湿的正常迹象包括油滴处织物变深、油滴消失、油滴外圆渗化或有滴闪光消失。 由于本实验所做薄膜的特殊性（ 掺杂 含氟树脂所制的膜有超疏水性），用上述方法不能很好地判断 拒油等级。 因此，采用将不同级别的油滴到膜上，测试其静态接触角。 XRD测试 选取 XRD测试。 实验中所用 衍射仪配有旋转阳极，工作电压 40 kV，工作电流 100mA。 采用梭拉 (Soller)狭缝和 2 mm宽针孔聚焦滤镍 Cu K ~α1线 (λ=1． 541 8 197。 )。 将样品置于 X射线焦处 ，衍射图在 10～ 45176。 间以 8176。 ／ min扫描速率逐字记录，装配于 PINT20xx大角测角器上的闪烁体每隔 0． 05176。 测一次，从而得到 X射线谱图。 SEM扫描电镜 将 样品膜材固定在铝板上，真空喷金镀膜，用 SEM观察其表面形态。 AFM扫描电镜 将样品膜材放入 AFM扫描电镜仪器内，调节激光光斑，寻找合适的信号放大倍数，点击进针按钮，待扫描完全，观察膜表面的三维形态。 TG和 DSC测试 选取 15%PVDF涂层胶所制的膜和 掺杂 2%含氟树脂所制得的膜（均为 80℃ 烘干， 180℃ 焙烘），以 10℃ /min的升温速率测试 膜的热性能。 力学 性能测试 根据 GB/T 《 纺织品 织物拉伸性能第一部分：断裂强力和断裂天津工业大学 20xx届本科生毕业论文 14 伸长率的测定 条样 法 》， 选取未焙烘条件下 15%PVDF 涂层胶所制的平板膜和模板膜、 掺杂 2%含氟树脂所制得的平板膜和模板膜，焙烘条件下 15%PVDF 涂层胶所制的平板膜和模板膜、 掺杂 2%含氟树脂所制得的平板膜和模板膜，剪成40mm100mm的条状，进行 断裂强力 测试。 天津工业大学 20xx届本科生毕业论文 15 第四章 结果与讨论 不同烘干、焙烘温度对 PVDF 膜疏水性的影响 表 41 不同温度 条件下的接触角 温度条件 接触角 /176。 平均值 /176。 ① 80℃烘干 142 141 145 140 140 ② 100℃烘干 136 143 140 139 141 ③ 80℃烘干→ 120℃焙烘 145 143 145 146 144 ④ 80℃烘干→ 180℃焙烘 155 149 150 151 157 表 41 为 15%PVDF 涂层胶涂覆于 5模板上，在不同烘干和焙烘温度下制得的膜的接触角。 比较 ① 、 ② 两组可看出， 80℃ 烘干的接触角较 100℃ 烘干的接触角大。 因为当烘干温度为 80℃ 时， PVDF 溶液流变性较好 ， 因而能较好的进入模板的凹凸结构之中，更好的复制模板的粗糙结构，从而具有较大的静态接触角。 而 100℃烘干时，溶液能够完全的进入到模板凹凸结构之间，并进一步渗入到模板基质内部，与模板结合紧密。 这使得膜剥离时的拉伸力增加，由于 剥离时 机械拉伸的作用， PVDF 中的 α晶型大量转化为 β晶型，分子内部势能增加，膜表面张力增大，不利于提高表面静态接触角。 这一结果可以通过膜材的 XRD 测试结果进行解释。 如图 41XRD 图可以看出，当烘干温度为 100℃ 时，在 2θ=176。 ≈176。 处 存在明显 的尖峰 ， 由表 42 可知， 此即为 β 晶型的衍射峰位 [24]。 由 于 β 晶型 的 极性较高 [8] ，因此膜的接触角降低。 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50024176。 176。 Intensity(cps)2 θ (176。 ) 80℃ 100℃ 图 41 不同 烘干 温度条件下 5模板膜的 XRD 图 天津工业大学 20xx届本科生毕业论文 16 表 42 PVDF 不同晶型对应的衍射角及密勒指数 【】 晶型 2θ/176。 密勒指数 α （ 100） (020) (110) (021) β (110)(200) (110)(200) (001) (020)(310) γ (020) (110) (211) 比较 ③ 、 ④ 两组可看出，当烘干温度同为 80℃ ，而焙烘温度不同时，可以看到 180℃ 条件下焙烘的膜接触角显著增大。 这是因为当焙烘温度为 120℃ 时， PVDF 中同时存在着 α晶型和 β晶型，随着温度的升高，到 170℃ ~180℃ ， β晶型大量转化为 α晶型 [25]。 而 α晶型 PVDF中，氟原子间没有立体应变，氢、氟原子接触的应变最小，是 PVDF 众多晶型中势能最小的，具有最低的表面能 [8]。 所以，当焙烘温度为 180℃ 时，膜的接触角最大。 如图 42XRD 图可以看出，当 焙烘 温度为 120℃ 时，在 2θ=21176。 处存在明显的尖峰 ， 此即为 β晶型的衍射峰位 ； 而 在 2θ=176。 处存在明显的尖峰 ，这是180℃ 焙烘时 α晶型 的 (110)面的特征衍射峰。 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5002421176。 176。 Intensity(cps)2 θ (176。 ) 80℃烘干→120℃焙烘 80℃烘干→180℃焙烘 图 42 不同焙烘温度条件下 5模板膜的 XRD 图 天津工业大学 20xx届本科生毕业论文 17 比较 ① 、 ④ 两组可看出，焙烘对接触角具有很大的影响，焙烘后膜与水滴的接触角有显著的提高。 由图 43 的扫描电镜图（放大倍数为 1500 倍）可以观察到，不焙烘的膜表面突起相对来说较平坦圆润，而焙烘后的膜表面显得更粗糙、棱角分明且突起上 还有很多的细小的突起结构，就像是表面上长了许多卷曲的毛刺 ，这些毛刺状的突起与荷叶表面 的 突起有点形似，正是由于这些微细结构的存在使得膜表面拒水性得到一定的提高。 （ a）不焙烘 （ b）焙烘 图 43 SEM 图 注：。