蜂窩狀聚氨酯多孔薄膜的制備及其粘附行為研究.pdf

1、隨著人類對物質(zhì)需求的不斷提高和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，粘附材料在環(huán)境保護(hù)、生物醫(yī)學(xué)和智能控制等多學(xué)科領(lǐng)域都引起了極大關(guān)注。特別是受壁虎和爬山虎的啟發(fā)，仿生高粘附材料的發(fā)展更是吸引了很多科學(xué)家的研究興趣。在此研究領(lǐng)域，關(guān)鍵是如何選擇合適的材料和制備方法，優(yōu)化調(diào)節(jié)生長參數(shù)，設(shè)計出具有類似爬山虎吸盤器官表面超強(qiáng)粘附作用的材料。本論文仿照爬山虎表面微納結(jié)構(gòu)及其特殊粘附性能，以微相分離法制備了蜂窩狀聚氨酯多孔薄膜，并在對薄膜表面進(jìn)行聚多巴胺(PD

2、A)修飾的基礎(chǔ)上，通過場發(fā)射電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(X RD)和接觸角測量儀等對其微納結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、表面潤濕性和粘附性進(jìn)行了綜合分析表征。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析測試了蜂窩狀聚氨酯多孔薄膜表面水和冰的粘附強(qiáng)度。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　(1)通過微相分離法制備出了蜂窩狀聚氨酯多孔薄膜。實驗發(fā)現(xiàn)，在微相分離過程中，相對濕度、聚氨酯溶液濃度和鹽酸多巴胺濃度等參數(shù)對薄膜的形貌和晶體結(jié)構(gòu)有重要影響。聚氨酯溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％

3、，相對濕度為90%以上時，更容易形成規(guī)整的蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)。在蜂窩狀多孔薄膜表面沉淀 PDA后，隨著其濃度由低到高逐漸提高，薄膜表面及孔內(nèi)壁會逐漸出現(xiàn)納米級顆粒。
　　(2)蜂窩狀聚氨酯多孔薄膜表面的接觸角與其微納結(jié)構(gòu)、表面能密切相關(guān)。實驗發(fā)現(xiàn)，蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)表面與水的接觸角經(jīng)過低表面物質(zhì)十二硫醇修飾后明顯增大。其中在溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，相對濕度控制在100%的條件下制得的薄膜用十二硫醇修飾前的接觸角為84.43o，修飾后接觸角增大

4、到160o以上，轉(zhuǎn)化為超疏水薄膜。蜂窩狀聚氨酯多孔薄膜表面沉淀 PDA后增強(qiáng)了薄膜的疏水性，由85°增大到120°以上，薄膜由親水狀態(tài)向疏水狀態(tài)轉(zhuǎn)變。這是因為沉淀PDA后樣品表面形成的微納結(jié)構(gòu)減小了樣品表面與水的接觸面積，從而使薄膜的接觸角增大。
　　(3)PDA增強(qiáng)了蜂窩狀聚氨酯多孔薄膜上水滴的粘附性。實驗發(fā)現(xiàn)，聚氨酯多孔薄膜表面沉淀PDA后，水滴的粘附力明顯提高，滾動角達(dá)到180o。一方面是因為孔壁內(nèi)沉淀的 PDA納米顆粒對水