POSS基聚合物超疏水杂化纤维的制备与表征

【摘要】超疏水材料具有优异的防水和自清洁性能。目前,通过静电纺丝技术得到微纳结构以增加表面粗糙度成为制备超疏水表面的重要研究方向之一。其中,研究多相复合物的相分离程度对电纺产物形态和性能的影响具有重要意义。论文以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和七异丁基单甲基丙烯酸酯基多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)为研究对象,采用物理共混和化学共聚的方法制备了PMMA/POSS共混物PMMA-co-POSS/POSS共混物以及PMMA-co-POSS共聚物三种具有不同相分离程度的产物,并采用溶液静电纺丝技术制备它们的纤维膜,并考察了其形貌结构和疏水性能。论文取得以下研究成果：1)以偶氮二异丁腈为引发剂,在甲苯和四氢呋喃的混合溶剂中进行甲基丙烯酸甲酯(MMA)和POSS单体的自由基聚合后,用冰甲醇沉降获得产物,实验结果表明：共聚产物中存在未参与反应的POSS单体,为PMMA-co-POSS/POSS共混物。为获得PMMA-co-POSS共聚物,对比了两步沉析法(先用四氢呋喃溶解,再用正己烷沉析)和一步浸泡法(直接用正己烷浸泡)两种后处理方法,结果表明：两种方法均可有效除去共聚物中残余的POSS单体,其中以一步浸泡法更优,可完全除去未反应的POSS,获得PMMA-co-POSS共聚物。2)透射电镜(TEM)结果显示,POSS在PMMA-co-POSS中比PMMA中具有更好的分散效果,表明PMMA-co-POSS/POSS共混物的相容性优于PMMA/POSS共混物。采用溶液静电纺丝技术制备这两种共混物的纤维膜,结果表明PMMA/POSS电纺纤维膜可获得最大接触角为148.9°,未达到超疏水要求,而同质量配比的PMMA-co-POSS、POSS电纺纤维膜的接触角可达158°,说明改善相容性可有效增大电纺纤维膜的接触角。但是,PMMA-co-POSS/POSS共混物电纺纤维膜的滚动角为28°,也未能达到超疏水要求。进一步减小相分离程度,采用PMMA-co-POSS共聚物进行电纺得到的纤维膜的滚动角可减小到5°,说明减小相分离程度可改善纤维膜的超疏水性。3)静电纺丝制备PMMA-co-POSS共聚物的杂化纤维膜,考察了分子量和浓度对疏水性能的影响。当溶液浓度一定时,随分子量的增加,纤维膜结构由纯珠粒向纯线型纤维转变,且珠粒结构由类球形向锥形转变,线型纤维结构直径呈增大趋势；纤维膜的水接触角先增大后减小,最高大于175°；滚动角呈增大趋势。当分子量一定时,随溶液浓度的增大,纤维膜形貌变化具有与上述相同的规律；水接触角逐渐减小,但一直大于150°；滚动角呈增大趋势。综合对比,珠链结构可获得最好的超疏水性能。
【作者】刘梦姣；
【导师】冯连芳；张才亮；
【作者基本信息】浙江大学，化学工程，2013，硕士
【关键词】多面体低聚倍半硅氧烷；聚甲基丙烯酸甲酯；静电纺丝；超疏水；杂化纤维；

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