静电喷涂法制备具有低吸附力的超疏水性聚苯乙烯膜.doc

静电喷涂法制备具有低吸附力的超疏水性聚苯乙烯膜 Vo1.30 2009年10月 高等学校化学 CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES No.10 2096～2099 静电喷涂法制备具有低吸附力的 超疏水性聚苯乙烯膜 马玮,金美花,于春玲,廖明义,赵勇 (1.大连海事大学材料科学与工程系,大连116026;2.大连工业大学化工与材料学院,大连116034; 3.中国科学院化学研究所分子科学中心,北京100080) 摘要采用聚苯乙烯的,N.二甲基甲酰胺溶液为原料,通过静电喷涂的方法制备了具有微一纳米复合结构 的聚苯乙烯膜.通过调节溶液浓度,得到了不同的结构,浸润性及吸附性的表面.当聚苯乙烯的质量分数为 5%,分子量为25000时,得到的表面与水的接触角达到167.,吸附力达到15N,表明该膜表面具有超疏 水性的同时对水滴具有很低的吸附力.此外,分子量的大小也对静电喷涂膜表面形貌的变化起重要的作 用. 关键词静电喷涂;表面吸附力;超疏水性;聚苯乙烯膜 中图分类号0631文献标识码A文章编号0251-0790(2009)10—2096-04 固体表面的微观几何结构对表面浸润性及吸附性都起着重要的作用.研究结果表明,壁虎的高黏 附力的脚具有抗灰尘能力的自清洁性¨J,接触力学模型表明,由于黏附力的吸引在爬行基底及吸引 在单个或多个刚毛小分支上的灰尘粒子存在着不均匀性,从而导致表面的自清洁性. 超疏水表面的研究工作取得很好结果H,其中具有特殊吸附性的超疏水固体表面的研究引起了 广泛关注¨j.静电喷涂是近年来逐渐发展起来的制备微米至纳米级结构的技术j.本文采用聚 苯乙烯(Ps)的,Ⅳ.二甲基甲酰胺(DMF)溶液为原料,通过静电喷涂的方法,制备了具有微一纳米复合 结构的聚苯乙烯膜.通过调节Ps的分子量及溶液的浓度,得到了不同的结构,浸润性及吸附性的 表面. 1实验部分 1.1试剂与仪器 Ps分子量分别为250000,170000,100000,50000,20000及6000,通过自由基聚合方法得到. DMF为分析纯,天津科密欧化学试剂有限公司产品.超纯水,电阻率为18MO/cm. 直流高压电源(DW—P303—1ACCC,天津东文高压电厂),医用注射器(10mL,上海达美医用塑料 厂),扫描电子显微镜(FE—SEM,JSM-6700F,日本JEOL公司),接触角测定仪(OCA20,德国Dataphy— sits公司),高敏感性微电力学天平(德国Dataphysics公司). 1.2实验过程 将不同分子量的PS置于DMF中混合均匀,配制一系列不同浓度的均一溶液,将该溶液置于 10mL注射器中,然后将注射器固定,与高压电源相接,覆盖铝箔纸(大约10cm×10C1TI的不锈钢板) 与地线相连,作为接收板,在铝箔纸上处于针头正下方的位置放置几片盖玻片,针头与接收板问的距 离为t3cm,然后施加20kV高压形成静电场,将得到的膜在室温下干燥24h. 收稿日期:20094)1.12. 基金项目:国家自然科学基金(批准号,大连市优秀青年科技人才基金(批准号:2008J23JH038)及辽宁省科学技术基 金(批准号:1050300)资助. 联系人简介:金美花,女,博士,副教授,主要从事功能高分子纳米界面材料研究.E-mail:jinmh@newmail.dlmu.edu.cn 赵勇,男,博士,助理研究员,主要从事功能纳米界面材料研究.E-mail:zhaoyong@iccas.ac.cn No.10马玮等:静电喷涂法制备具有低吸附力的超疏水性聚苯乙烯膜 用SEM观察Ps膜表面形貌,在3.0kV加速电压下将样品用导电胶粘到样品台上喷金220s,用 接触角测量仪在室温下进行静态接触角以及滚动角的测定,所用水滴为3.0IAL,在样品的5个不同位 置测定后取平均值. 用高敏感性微电力学天平进行Ps膜与水滴问吸附力的测量,所用水滴为3.0L_ 2结果与讨论 2.1浓度对表面形貌的影响 图1为M=250000的PS/DMF溶液在不同浓度下静电喷涂得到的膜表面SEM照片.可以看出, 不同PS质量分数下得到的Ps膜表面形貌有很大的差异,当PS的质量分数为1%时得到的表面[图1 (A)]只有直径为100nm左右的小颗粒,而当质量分数增大时这种颗粒相互聚集[图1(B)],当质量 分数为5%时得到的表面[图1(C)]具有微米.纳米复合的阶层结构(100nm左右的小颗粒聚集成1～3 m的大颗粒).质量分数再增大时[图1(D),(E)],颗粒状结构消失而逐渐出现纤维状结构.当质量 分数增大到20%时[图1(F)]这种颗粒完全消失,只有直径为0.5～1Ixm的纤维状结构.这是因为Ps 浓度较低时,分子链之问容易在电场作用力下分离,而