图案化双网络水凝胶膜的制备及其水下疏油性能的研究

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1、硕士学位论文图案化双网络水凝胶膜的制备及其水下疏油性能的研究RESEARCHONUNDERWATERSUPEROLEOPHOBICITYOFPATTERNEDDOUBLE-NETWORKHYDROGELFILMS张秀玉哈尔滨工业大学2017年6月国内图书分类号：O647.5学校代码：10213国际图书分类号：544.7密级：公开理学硕士学位论文图案化双网络水凝胶膜的制备及其水下疏油性能的研究硕士研究生：张秀玉导师：林显坤副教授申请学位：理学硕士学科：物理化学所在单位：化工与化学学院答辩日期：2017年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInd

2、ex:O647.5U.D.C:544.7DissertationfortheMasterDegreeinScienceRESEARCHONUNDERWATERSUPEROLEOPHOBICITYOFPATTERNEDDOUBLE-NETWORKHYDROGELFILMSCandidate：XiuyuZhangSupervisor：XiankunLinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：PhysicalChemistryAffiliation：SchoolofChemistryandChemic

3、alEngineeringDateofDefence：June,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要具有特殊润湿性的界面材料一直是近年来的研究热点之一，尤其是在水下环境中具有疏油甚至超疏油特性的界面材料。这类水下疏油表面在防生物附着、油水分离、油滴操控等方面都具有潜在的应用价值。目前，研究人员已利用不同的材料制备了多种水下疏油材料。然而，当前的水下疏油材料往往存在着制备过程复杂、机械性能差、防污性能长期稳定性差等亟待解决的难题，制约了这类材料的应用与发展。针对这些问

4、题，本论文旨在发展一类基于图案化双网络水凝胶的水下疏油材料，期望改善材料的疏油性能、机械强度以及防污性能。我们采用两步法制备了纳米粘土掺杂的图案化双网络水凝胶膜。首先，利用水滴模板法制备聚苯乙烯蜂窝状多孔薄膜作为图案化模板，而后使含有纳米粘土、海藻酸钠或壳聚糖的前驱体混合溶液进入聚苯乙烯多孔结构中分两步进行凝胶化反应，随后通过溶解去除聚苯乙烯模板，进而得到图案化双网络复合水凝胶膜。该方法综合了图案化、双网络结构以及纳米粘土掺杂等手段以提高材料的性能。所选用的海藻酸钠和壳聚糖是天然高分子亲水材料，作为双网络水凝胶的第一网络，而混合溶液中丙烯酰胺通过与N,N’-

5、亚甲基双丙烯酰胺、纳米粘土等交联形成第二网络。接触角测试表明以蜂窝状多孔结构为模板形成的图案化结构可以改善双网络水凝胶的水下疏油特性，多种测试油滴在水凝胶表面的水下接触角均达到了155º及以上。无机纳米粘土的掺杂对于水凝胶材料的水下疏油特性无明显影响。压缩应力-应变曲线表明纳米粘土掺杂可进一步提高双网络水凝胶的机械性能。防污性能测试表明，纳米粘土掺杂及图案化均有利于有效防止小球藻（ChlorellaVulgaris）在双网络水凝胶表面的附着与聚集。综上所述，纳米粘土掺杂的图案化双网络水凝胶材料展现了良好的水下疏油、机械和防污性能。这些研究为开发基于复合水凝胶

6、的新型水下疏油材料和发展其在防污等领域中的应用提供了新的思路。关键词：水凝胶；蜂窝状结构；纳米粘土；水下超疏油；防生物污损-I-AbstractAbstractInterfacematerialswithspecialwettabilityhavealwaysbeenoneofthehotresearchtopicinrecentyears,especiallytheinterfacematerialswithunderwateroleophobic,evensuperoleophobicproperties.Thiskindofunderwateroleo

7、phobicsurfacehaspotentialapplicationsinthefieldssuchasanti-biofouling,oil-waterseparation,andoildropletcontrol.Atpresent,theresearchershaveusedavarietyofmaterialstopreparedifferentkindsofunderwateroleophobicmaterials.However,thecurrentunderwateroleophobicmaterialsoftenhavetheproble

8、mssuchascomplicatedprepara