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根据自然界中动植物表面特殊结构仿生制备的超疏液材料,可自清洁、防冰、防粘污,使其在能源、交通、医疗、膜分离和热交换等领域具有广阔的应用前景。目前超疏水材料大多仿荷叶表面微纳米结构设计,但其表面易磨损,自修复困难,且疏油性有限。受猪笼草启发制备的光滑液体灌注多孔表面(Slippery Liquid-Infused Porous Surface,SLIPS),与传统疏水表面相比,具有更优异的压力稳定性、疏水疏油性、自清洁和自修复性。SLIPS的构建,主要是通过将低表面张力的润滑油,灌注到具有微纳米结构的粗糙表面,或灌注进具有互通网络多孔结构的基底材料中,基底材料作为润滑油的存储器,其内部的贯通孔结构为润滑油的灌注和迁移提供运输通道,通过润滑油在材料表面的富集形成油膜,赋予材料表面疏液性能。本论文利用高内相乳液聚合模板法(High Internal Phase Emulsion,HIPE),制备了两种聚苯乙烯基多孔材料(PS-HIPE,PSBM-HIPE),并将其作为基底材料,通过灌注含硅或全氟润滑油构建了 SLIPS。论文主要工作如下:一、PS-HIPE的制备及PDMS灌注的SLIPS构建(1)PS-HIPE的制备及表征。以苯乙烯为单体、二乙烯苯为交联剂、span 80为乳化剂构成油相,以溶解有过硫酸钾引发剂、氯化钙稳定剂的去离子水为水相,高速搅拌下将水相加入油相中形成高内相乳液,经聚合、抽提、干燥制得PS-HIPE多孔材料。考察了交联剂用量(5wt%,10wt%,20wt%)对PS-HIPE孔径的影响,并用扫描电镜对其内部形貌进行了表征。结果表明交联剂用量为10 wt%所得的PS-HIPE10有最大开孔率19.8%,且随交联剂用量增加,孔径变小,并容易导致材料内部结构塌陷、体积收缩。(2)PS-HIPE基SLIPS的构建。以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为润滑油,通过毛细管作用力灌注到PS-HIPE中构建了 SLIPS。通过重量法考察了 PS-HIPE 孔径、PDMS 粘度(100 mpa·s,500 mpa·s,1000 mpa·s)对润滑油加载量的影响。结果表明PS-HIPE10加载PDMS的量最大;PDMS粘度越大,加载速率越慢。(3)通过测试材料表面的水静态接触角(WCA)和水滑动角(WSA),对PS-HIPE10及其SLIPS的润湿性能进行了表征。结果表明,PDMS构筑的SLIPS对PS-HIPE10材料表面的润滑性能有极大地改善,水滴在垂直90°的PS-HIPE10表面无法滑动,但在PS-HIPE10基的SLIPS表面倾斜3°左右就开始滑动;且随PDMS粘度增大,SLIPS的水滑动角变大。(4)通过测试材料表面污渍的残留考察SLIPS的自清洁性能。结果表明SLIPS有良好的自清洁性能,与PDMS不互溶的液体污染物(水、牛奶、咖啡和墨水)很容易从SLIPS表面滑落,且无污渍残留,而与PDMS互溶的油及溶剂直接铺展或渗透进材料中;水滴可冲掉沉积在SLIPS表面的固体粉末污染物。虽然疏水性能较好,但是疏油、疏溶剂性能欠佳。(5)通过刀划刻法模拟SLIPS表面的物理损伤考察自修复性能。水滴可以很容易滑过两个凹痕处而没有任何残留,表明物理切割产生的凹痕可以在几秒钟内被PDMS再次填充,产生的润滑油膜可恢复其表面光滑性能。(6)通过在SLIPS上同一位置重复测试水的滑动角,观察测试次数对滑动角的影响,考察SLIPS表面润滑剂的使用持久性;通过PDMS加载前后PS-HIPE的应力-应变曲线,考察PS-HIPE材料的机械耐久性。结果表明:在SLIPS底部无PDMS补充的情况下,反复使用80次后,水的滑动角依旧保持在5°左右,即在多个使用周期后,SLIPS系统中的PDMS消耗仍然可以保持在材料使用可以接受的水平。PS-HIPE和SLIPS表现出相似的应力,表明PDMS的加载不会对PS-HIPE的机械性能产生负面影响。二、PSBM-HIPE的制备及含氟润滑油灌注的SLIPS构建(1)PSBM-HIPE的制备。为了改善PS-HIPE基体材料的脆性,并提高SLIPS锁定润滑油的能力,向HIPE聚合体系的油相单体中引入丙烯酸丁酯(BA)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS),制备了Poly(St70-BA20-MPS10)-HIPE(简称PSBM-HIPE)。控制BA用量小于30 wt%时,所得基体材料韧性提高,且结构和孔径适合SLIPS构建;当BA用量大于30 wt%时,基体材料收缩明显。PSBM-HIPE的水接触角达137°左右,但同PS-HIPE一样,测试水滴无法从材料表面顺利滑下。(2)溶胶凝胶法及氟化改性PSBM-HIPE。单独通过溶胶凝胶法对PSBM-HIPE 进行改性负载 SiO2,制得 SiO2@PSBM-HIPE。PSBM-HIPE多孔材料外表面虽有大量SiO2纳米粒子生成,但内表面SiO2很少,当外表面磨损后,基材无法再提供微纳米粗糙结构。在溶胶凝胶法改性PSBM-HIPE过程中引入含氟组分1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷(PFDTOS),同时进行溶胶凝胶法及氟化改性,成功制备了F-SiO2@PSBM-HIPE。扫描电镜测试表明F-SiO2@PSBM-HIPE多孔材料的内表面和外表面均成功负载F-SiO2纳米粒子;F-SiO2@PSBM-HIPE材料表面水接触角达149.3°,且表面的水性液体污染物可以在1s内从表面滑下(倾斜角为10°),但不具备疏油和疏溶剂性能。(3)F-SiO2@PSBM-HIPE基SLIPS的构建及表征。将含氟润滑油(Krytox GPL105)灌注到 F-SiO2@PSBM-HIPE 中构建了 SLIPS(F-SLIPS)。通过测试材料表面水静态接触角以及乙醇和十六烷在其表面的润湿行为考察F-SLIPS的疏液性能。结果表明,该表面水静态接触角为113°,乙醇(代表溶剂)与十六烷(代表油)在其表面呈现半球体的状态,且都可以在10°倾斜角下顺利从表面滑落,因此该表面具有很好地疏液性能,可以稳定的疏水、疏油及疏溶剂。