退火处理对电纺膜表面润湿性能形貌及组成的影响.pdfVIP

退火处理对电纺膜表面润湿性能、形貌及组 成的影响 0、引言 聚有机硅氧烷是一种有着特殊硅氧结构的高分子聚合 物,主链是Si 原子和O 原子不断重复交替排列的结构。如果 在有机硅氧烷中引入含氟基团,即含氟硅氧烷,如聚[甲基 (3,3,3-三氟丙基)硅氧烷](PMTFPS),由于氟基团的引 入,PMTFPS 不仅具备有机硅的一些特性,如较低的玻璃化转 变温度,表面能低等,而且能够表现出有机氟的优异性能,使 得PMTFPS 表现出有机硅所不具有的性能。含氟硅氧烷与乙 烯基单体共聚后,由于氟基团的引入,能够赋予共聚物独特 的物理化学性质,尤其是表面润湿性能。因为氟硅是典型的 低表面能物质,它在与其他有机高分子形成的共聚物中存在 向表面富集的倾向。 固体表面的浸润性能在许多领域发挥着重要作用,是固 体表面的重要特征之一。这种性能主要取决于表面自由能或 化学组成和表面的粗糙度。当前,理想的超疏水表面不仅应 具备高接触角,而且应具备较小的接触角滞后,其拒水性、防 污性和自清洁性也引起广泛关注。此外,获得特殊表面浸润 性的另一个重要因素是表面微观结构,因此微纳米结构的构 筑是调控表面浸润性的重要手段。静电纺丝是利用高压静电 力制备微纳米纤维或粒子的方法,也是构筑表面粗糙度和超 疏水表面的一个简单、有效方法。早在20 世纪40 年代,许 多学者已经开始研究有机硅高分子特别是含氟硅氧烷的表 面性质。 Grange JD 等研究了硅基底表面的水合作用对有机硅烷 在表面生长的影响,用傅里叶变换红外光谱仪和椭圆光度仪 对十八烷基三氯硅烷自组装单分子层进行了研究。另 外,FadeevAY 等通过结合气相反应和液相反应的方法在二氧 化硅上制备了不同表面性质的涂层。聚硅氧烷等高分子在固 体表面性质(特别是浸润性方面)有很大的发展空间和应用 前景,引起学术界广泛的关注和认可。 本文通过St 的ATRP 反应合成PMTFPS-b-PS,利用 PMTFPS-b-PS 共聚物静电纺丝,来制备含氟硅嵌段共聚物电 纺膜,并对合成的嵌段共聚物PMTFPS-b-PS 结构和组成进行 表征,还重点探讨退火处理对电纺膜表面润湿性能、表面形 貌及表面组成的影响。 1、试验 1.1 实验材料与仪器 实验材料:1,3,5-三甲基-1,3,5-三(3′,3′,3′-三氟 丙基)环三硅氧烷(F3,99%,上海 3F 公司),正丁基锂 (99%,2.4M(Hexane),Sigma-Aldrich 公司),苯乙烯(分析纯, 上海凌峰化学试剂有限公司),溴化亚铜(分析纯,华东医药 股份有限公司),五甲基二亚乙基三胺(PMDETA,分析 纯,Sigma-Aldrich 公司),N,N-二甲基甲酰胺(分析纯,天津 市永大化学试剂有限公司),四氢呋喃、甲酰胺、环己酮(分 析纯,杭州双林化工试剂有限公司),二碘甲烷(分析 纯,Sigma-Aldrich 公司),对苯二酚(分析纯,天津市科密欧 化学试剂有限公司),甘油(分析纯,天津市永大化学试剂有 限公司)。 实验仪器:Bruker Avance 400 MHz 核磁共振仪(瑞士 Bruker 公司),Waters1525/2414 型凝胶渗透色谱仪(美国 Waters 公司),ES50P-10W/DDPM 高压电源(美国 GAMMA),WZS-50F6 微量注射泵(浙江史密斯医学仪器有限公 司),AR-160 除湿机(杭州多乐信电器有限公司),DSA20 型接 触角测量仪(德国瑞士万通公司),K-Alpha 型X射线光电子能 谱仪(美国Thermo Fisher Scientific 公司),UL-TRA55 场发 射扫描电镜(德国ZEISS)。 1.2试验方法 1.2.1 含氟硅嵌段共聚物 PMTFPS-b-PS 的合成含氟硅嵌段共聚物PMTFPS-b-PS 的 合成参考了本课题组已有的工作。首先,将反应的聚合瓶抽 高真空2h,然后在氮气保护下进行F3 的阴离子开环聚合,合 成含端硅氢的氟硅大分子PMTFPS-H,然后经过Si-H 加成、酯 化反应后得到大分子ATRP 引发剂PMTFPS-Br,最后在 CuBr/PMDE-TA 催化体系的作用下进行St 的ATRP 反应,得到 分子结构可控的PMTFPS-b-PS 嵌段共聚物。其中,PMTFPS-H 引发St 的ATRP 反应过程如图 1所示。