粘附性可调控超疏水PLLA材料的制备及其应用研究

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1、学校代码10459学号或申请号201512192463密级硕士学位论文粘附性可调控超疏水PLLA材料的制备及其应用研究作者姓名：王永涛导师姓名：陈金周教授杨会歌博士学科门类：工学专业名称：包装材料与工程培养院系：材料科学与工程学院完成时间：2018年5月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterFabricationofSuperhydrophobicPLLAMaterialswithControllableAdhesionandTheirApplicationByYongtaoWan

2、gSupervisor:Prof.JinzhouChenPackagingMaterialsandEngineeringSchoolofMaterialsScienceandEngineeringMay,2018学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：2018年5月30日学位论文使用授权声明本人在导师指导

3、下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：日期：2018年5月30日摘要摘要液体对固体表面的润湿性研究一直是一个非常重要的课题，尤其是超疏水性。水滴在荷叶表面

4、上呈现露珠状，当略微倾斜荷叶表面时，在重力的作用下荷叶上的水滴自然滚落；而玫瑰花表面上的露珠状水滴却呈现相反的状态，水滴牢牢粘附于其表面。受自然界这些润湿特性的启发，本课题以可生物降解的聚L-乳酸（PLLA）材料为基材，采用非溶剂辅助的微相分离技术制备了多尺度微/纳米结构的PLLA材料，其表现出粘附性可控的超疏水特性。通过对其结构表征、形貌观察和润湿性测试，分析了非溶剂诱导相分离（NIPS）的原理和机制，建立了PLLA-良溶剂-不良溶剂的三元相图，并对其在微液滴阵列转移、自清洁和油水分离等方面的应用进行了探究。具体内容总结如下：（1）超疏水PLLA膜的粘附

5、力调控与其高通量同质表面微液滴阵列转移的应用研究。通过改变非溶剂在混合溶液体系中的含量可以制备出不同的PLLA微/纳米分级结构，利用NIPS法辅助以剥离工艺制备了粘附性可调控的超疏水表面，其静态接触角都大于150°，粘附力可以在62~144μN范围内连续调控，其滚动角也在24°~180°范围内产生相应变化，从而实现了无表面能材料修饰即可实现粘附力可控的超疏水表面，并成功地将其应用于1~10μL微液滴阵列（>7×7）的高效转移。（2）PLLA斥水性能的控制及其高效自清洁效应的应用研究。由于不同种类非溶剂的溶度参数（χ）和极性（δ）各不相同，而χ和δ决定了非溶

6、剂与聚合物之间的相容性，在相分离过程中，PLLA相分离的程度和速率不同，进而影响表面微/纳米分级结构的形成。通过改变非溶剂的种类（醇类：正丁醇、异丁醇、正丙醇、异丙醇、乙醇、甲醇等），利用PLLA在溶剂-非溶剂体系中微相分离原理和特性，从而制备了具有“荷叶效应”的超疏水表面。通过对其表面进行自清洁实验表明，无论是水易溶性的污染物（盐颗粒）还是非水溶性的污染物（石墨颗粒），在其表面上都能被完全冲洗掉，从而达到了自清洁的效果。（3）可调控的PLLA簇晶结构的制备及其在油水分离材料中的应用研究。通过调控非溶剂（乙醇）加入到PLLA溶液中的含量和次序比例，可制备出

7、不同的PLLA微观结构。非溶剂一次性加入时，PLLA片晶呈现出一维的纤维状结构；非溶剂分两次加入时，PLLA晶体呈现二维或三维的花瓣或微球的团簇状结I摘要构，其团簇形态与两次加入非溶剂的比例存在密切关系：当第一次加入的非溶剂较少、第二次加入较多时，团簇效果更加明显，反之，其团簇效果不明显。这种现象可能是由于在两次相分离过程中PLLA的α晶原位自组装沉积效应所致。所制备的PLLA海绵对水接触角高达158°，滚动角为4°，而对油的接触角为0°，油吸附量可达21倍，表现了优良的油水分离效果。本课题采用非溶剂辅助微相分离法制备的PLLA超疏水材料，不仅能避免因添加

8、生物难降解的低表面能材料而产生的环境污染，而且具有制备过程简单、成