论文综述-esm负载ptfe疏水材料的制备及其疏水性

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1、本科生毕业设计（论文）综述学院轻工学院专业印刷工程导师学生学号2015年4月8日1疏水材料疏水材料是指水在该材料表面的接触角大于90°。材料表面能越低，附着力越小，材料表面与液体的接触角也就越大。低表面能材料由于其许多独特的性能在印刷、航天航空、传感器、海洋防污、生物化学等方面得到了广泛的应用[1]。PTFE具有良好的疏水性能，但是其与其他物质的粘连性不是很好，而鸡蛋薄膜是一种资源回收型物质，利用鸡蛋薄膜的网状纤维结构可以负载PTFE的纳米颗粒，且二者的复合材料经测试，疏水性良好，ESM负载PTFE疏水材料的制备既可以使鸡蛋壳膜

2、变废为宝，又可以扩大PTFE的应用范围，一举两得。1.1疏水材料的制备方法疏水材料通常是指水滴在该材料表面的接触角大于90°。获得超疏水性表面的2个重要条件是具有粗糙的表面结构和低的表面自由能。目前国内外制备超疏水表面的主要有两种:一种是使低表面能的物质表面的结构具有合适的粗糙度，另一种则是将低表面能材料覆盖在粗糙度合适的物质表面。涂层在数码显微镜下放大1000倍后观测到表面分布很多不同大小的微型乳突结构。膜表面附聚有PTFE粒子，氟烷基降低了材料表面的自由能和表面引力，而SiO2组分在杂化体系表面形成了细小的突起状物且分布均匀

3、，形成粗糙结构表面[2]。1.2疏水材料性能表征方法亲水表面通常是指接触角小于90°的固体表面，疏水表面通常是指接触角大于90°的固体表面。由此可见，可以用接触角的大小来表征疏水材料的疏水性能。接触角测量最常用的方法是量角法和量高法。量角法测量原理如下：如图1-1所示，a、b是等腰直角量角器的两直角边，可以上下左右移动，测量过程如下。　　图1-1量角器两直角边和球边相切图1-2量角器下降到顶点在球边（1）将等腰直角量角器的a、b两边下移，直到使角量角器的a、b两边分别和液滴相切，如图1-1所示；图1-3量角器左转到a边和固液气三

4、相点相交（2）然后继续垂直下移等腰量角器，直到量角器的顶点和液滴边缘相交于点C，从而确定液滴的最高点C的坐标，如图1-2所示；（3）最后绕着C点逆时针转动，转动δ角度，直到a边和气液固三相的交点A＇相交时，如图1-3所示，即可求出。量高法测量原理如下：当1滴液体的体积小于6μL时，可忽略地球引力对其形状的影响，认为液滴是标准圆的一部分。如图1-4所示，只要测量液滴在固体表面上的高度h以及与固体接触面的直径D，就可用式(1)计算出接触角(1)式中：为接触角；为液滴球冠的高；D为液滴球冠底端圆的直径。不论>90°还是<90°，式(1

5、)都是适用的。在直角三角形ACO＇中，,（2），，所以图1-4量高法计算接触角原理量角法应用于接触角测量比较早，目前常将液滴图像存储为电子格式，故也常将量角法用软件编程的方式实现。且量角法简单易用、容易实现，因此，从近似超亲水到超疏水材料，量角法在实际的接触角测量时应用非常广泛。通常认为其误差稳定在几度的范围内[3]。2聚四氟乙烯聚四氟乙烯（简称PTFE）中氟元素的电负性最强，由于原子间作用力小，导致表面能很低[4]，一方面，它的表面具有很强的疏水性，而且难以粘附于其它物质[5]，另一方面，它的化学稳定性比较好，因此，聚四氟乙烯

6、经常用来作为户外疏水改性的理想材料[6]。且常常通过添加含氟高分子来获得疏水表面，以增强其憎水、憎油和防污的能力。2.1聚四氟乙烯疏水的原理含氟化合物的临界表面张力很小，以-CF3组成的单分子膜的表面张力为0.6×10-2N/m，与水的接触角大概为120°，根据分子的结构和原子排列的角度，在以碳为骨架的材料中，氟碳键能达到460.2kJ/mol，由于氟原子的电负性最大，-CF3比-CF2又多一个-CF键，与其相连的碳原子间的斥力必将增大，导致碳碳主轴作螺旋排列，氟原子将其完全包裹，-CF3具有比-CF2更加紧密的空间排布比，单位

7、体积中的氟元素含量增加，氟分子间的作用力又较小，使得氟元素易于外迁，氟元素富集在表层，从而导致表面能迅速降低[7]。2.2PTFE国内外应用现状聚四氟乙烯(Teflon)由于其表面能很低，所以被广泛地用来制备超疏水表面，同时聚四氟乙烯还具有高强度的优点，因此将聚四氟乙烯微米或者纳米颗粒与其它材料复合，可以制备超疏水复合材料，同时超疏水表面的稳定性也能得到提高[8]。韩永生[9]等通过将聚四氟乙烯和二甲基硅油使得聚苯乙烯包装材料的表面能降低。并研究发现将质量分数为3%的PTFE与0.4%的PDMS一起添加到聚苯乙烯基体树脂中，其表

8、面能降低的效果最好，与水的接触角大于90°，达到疏水材料的要求，力学性能也较好。改性方法和工艺都比较简单，具有一定的应用和推广价值。郑燕升[10]等通过溶胶-凝胶工艺制备了超疏水涂层。改性后的SiO2溶胶作为载体夹杂PTFE微粒，该方法使PTFE与其它材料难于混