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PVDF疏水膜的制備研究

時間:2023-03-02 21:35:37 碩士畢業(yè)論文 我要投稿
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PVDF疏水膜的制備研究

引言
  
  表面的浸潤性是決定材料應(yīng)用的一個重要性質(zhì),許多物理化學(xué)過程,如吸附、潤滑、黏合、分散和摩擦等均與表面的浸潤性密切相關(guān)。超疏水性就是表面潤濕性的一個特殊表征。近年來,由于超疏水表面在自清潔表面、微流體系統(tǒng)和生物相容性等方面的潛在應(yīng)用,有關(guān)超疏水表面的研究引起了極大的關(guān)注[1-3]。Erbil 等[4]以等規(guī)聚丙為成膜物質(zhì),通過選擇合適的溶劑、沉淀劑和成膜溫度來調(diào)控溶液成膜過程中聚合物的結(jié)晶速率,得到了具有多孔結(jié)構(gòu)的聚合物表面,與水的接觸角(WCA) 可達(dá) 160°。而Vogelaar 等[5] 將聚合物溶液澆注在具有微米結(jié)構(gòu)的模板上,利用模板本身的微結(jié)構(gòu)和成膜過程中的微相分離,得到了具有多級結(jié)構(gòu)的超疏水表面。
  本文以PVDF 為原料,制備了PVDF 疏水膜,討論了膜表面粗糙度、鑄膜液中PVDF濃度及SiO2 填充量對膜疏水性的影響。
  
  1 實(shí)驗(yàn)材料和方法
  
  1.1 材料和設(shè)備
  PVDF,美國杜邦公司;DMF,分析純,天津科密歐試劑公司;無水乙醇,分析純,天津科密歐試劑公司。
  
  1.2 PVDF 膜的制備
  將一定量的 PVDF 材料以及添加劑SiO2 在攪拌、加熱條件下勻速緩慢的加入溶劑DMF中,加熱攪拌直到PVDF 完全溶解,SiO2 分散均勻,室溫下脫泡6 小時備用。
  在室溫條件下,將鑄膜液分別均勻緩慢地在普通玻璃板(simple glass)、磨砂玻璃板(matglass)上刮膜,于30℃水浴中采用相分離法成膜,于水浴池中浸泡24 小時后取出,清洗干燥,制備樣品備用。
  
  1.3 膜的表征
  將膜放至ALPHA 1-2 冷凍干燥機(jī)中,干燥后,采用JYSP-180 接觸角測量儀測量其靜態(tài)接觸角θ;將冷凍干燥好的膜片在液氮中脆斷后噴金,用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM,Hitachi-s-4800)觀察膜表面及斷面的形態(tài)。
  
  2 結(jié)果與討論
  
  2.1 PVDF 濃度對膜接觸角的影響
  圖為鑄膜液中PVDF 濃度對膜接觸角的影響。由圖1 可以看出,PVDF 濃度越低,膜的接觸角越大。這是由于低PVDF 濃度條件下所制膜的結(jié)構(gòu)致密程度低,在一定程度上增加了膜表面粗糙度,根據(jù)wenzel 模型理論[6],當(dāng)表面的粗糙度增大時,膜表面的表面能將降低,膜的疏水性將得到提高。
  
  2.2 粗糙度對接觸角的影響
  圖粗糙度對PVDF 膜接觸角的影響,實(shí)驗(yàn)中使用不同粗糙度的玻璃板(普通玻璃、磨砂玻璃)作為底板進(jìn)行制膜。由圖可見,在相同的PVDF 濃度下,采用磨砂玻璃制得的膜的接觸角高于普通玻璃制得的膜。磨砂的粗糙度高,由磨砂玻璃作為底板所制得的PVDF 膜的膜表面粗糙度也得到提高,從而膜表面的表面能降低,使得膜表面的疏水性提高。
  
  2.3 SiO2 填充量對接觸角的影響
  為SiO2 填充量對接觸角的影響,實(shí)驗(yàn)中,PVDF 濃度固定為10%。由圖3 可以看出,以光滑玻璃作為制膜底板時,隨著鑄膜液中SiO2 的添加量的增加,膜的接觸角增加,這是由于SiO2 添加劑具有一定的疏水性,當(dāng)膜表面SiO2 含量增加時,SiO2 表現(xiàn)出來的疏水性在膜中得到體現(xiàn),膜的疏水性增加。而由磨砂玻璃作為制膜底板時(如圖3 所示),在SiO2 填充量為1%時接觸角略有提高,但隨著SiO2 填充量的增加其接觸角卻有所下降,這是由于磨砂玻璃底板使得制備的膜表面結(jié)構(gòu)疏松,膜表面疏松的結(jié)構(gòu)并不能有效的保留住SiO2顆粒,SiO2 會在水浴中析出,隨著SiO2 濃度的增大,這種現(xiàn)象愈發(fā)明顯。
  
  2.4 PVDF 膜表面的微觀形貌
  圖最佳制膜條件下制備的PVDF-SiO2 體系膜的接觸角照片,制膜條件為PVDF 濃度10%,SiO2 填充量為1%,制膜底板為磨砂玻璃。由圖4 可見,膜的接觸角達(dá)到139°。由電鏡照片可以看出,膜的表面凹凸不平,這種結(jié)構(gòu)使得膜表面粗糙度較大,從而使膜的疏水性較高,這與前文實(shí)驗(yàn)研究得出的結(jié)論一致。
  
  3 結(jié)論
  
 。1)PVDF 膜的疏水性隨鑄膜液中PVDF 的濃度的增加而降低;在使用粗糙度高的磨砂玻璃時,有效地提高了膜表面的粗糙度,使得膜的疏水性進(jìn)一步提高。
 。2)以光滑玻璃作為制膜底板時,隨著鑄膜液中SiO2 添加量的增加,膜的接觸角增加。
  (3)在二氧化硅填充量為1%、PVDF 濃度10%時,膜的接觸角可達(dá)139°。

PVDF疏水膜的制備研究

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  參考文獻(xiàn)
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