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表面氟化聚乙烯醇功能膜的制备及其表面形貌和性能研究

作　者: 高园
导　师: 张永明
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料学
关键词: 聚乙烯醇 表面氟化 耐水性 响应性
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


聚乙烯醇(PVA)由于具有优良的成膜性、热稳定性、化学稳定性等优点而被广泛应用于各种功能性膜材料的制备。但聚乙烯醇本身含有大量亲水羟基,通常需通过交联形成体型结构,或表面改性在膜表面引入疏水基团,来提高材料耐水性。表面氟化能赋予膜材料表面很低的表面自由能和良好的疏水疏油性,同时保存基体PVA膜的固有性能。本文选取具有全氟醚结构和CF3本文通过SEM和AFM观察了氟化后PVA膜的表面形貌,结果表明接枝过程中,全氟醚链段通过自组装聚集在膜的表面形成有序的岛状结构,有利于表面疏水性的提高。利用热重分析研究了耐水性PVA膜的热性能。通过静态水接触角这一测试手段研究了表面氟化后PVA膜端基的全氟-2,5-二甲基-3,6-二氧杂壬酰氟作为氟化试剂,以不同醇解度的PVA树脂为基体,三乙胺为缚酸剂,通过控制反应时间、原材料醇解度和氟化方法分别制备了两类功能性膜:耐水性PVA膜和响应性PVA膜。利用ATR-FTIR和XPS研究了膜表面化学结构和元素组成。测试结果表明表面氟化后,膜表面成功接枝了一层全氟醚基团。由于氟元素在膜表面富集,氟含量在接枝层表面高达49.08%,且自表面开始由外至内,氟元素含量逐渐减少,C、O元素含量逐渐增大,膜呈现出由氟醚相逐渐过渡到PVA基体相的特殊结构。的疏水性。研究发现,随着氟化时间的延长,膜表面接触角逐渐增大,2h后可达到一稳定值,接触角最高可达到138°,膜的耐水性得到很大改善。本文以醇解度为88%的常温水溶型PVA为原料,通过不对称表面氟化制备了响应性PVA膜,该膜特殊的化学组成结构使得膜对水流方向具有独特的响应性。实验结果表明,当水从氟化面接触膜时,膜表现出极好的疏水性,静置1h后膜仍保持完整平滑,膜呈现全闭状态;当水从未氟化面接触膜时,膜能迅速溶解消失,形成全开状态。不对称膜的两表面完全不同的化学结构和元素组成,使得膜对水流方向具有一定的响应性,因此该不对称PVA膜在许多精密仪器,尤其是微型反应器中有很大的潜在应用。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章 绪论  11-27
  1.1 PVA概述及研究进展  11-15
    1.1.1 概述  11
    1.1.2 PVA膜材料的耐水改性和应用  11-15
  1.2 表面氟化改性技术  15-20
    1.2.1 含氟聚合物概述  15-16
    1.2.2 表面氟化聚合物的表面特性  16-17
    1.2.3 表面氟化的研究现状与应用  17-20
  1.3 环境响应性膜概述  20-25
    1.3.1 响应性膜的定义  21
    1.3.2 响应性膜的制备方法  21-22
    1.3.3 环境响应性膜的分类  22-25
  1.4 本文研究内容和意义  25-27
第二章 表面氟化制备耐水性聚乙烯膜的制备及其形貌和性能表征  27-40
  2.1 实验部分  27-29
    2.1.1 原材料、仪器和试剂  27-28
    2.1.2 合成路线  28-29
    2.1.3 合成步骤  29
  2.2 测试与表征  29-30
    2.2.1 红外光谱  29
    2.2.2 扫描电子显微镜  29-30
    2.2.3 表面接触角  30
    2.2.4 耐溶剂性  30
    2.2.5 热重分析  30
  2.3 结果与讨论  30-40
    2.3.1 PVA浓度对膜的影响  30-31
    2.3.2 表面氟化PVA膜的化学结构分析  31-35
    2.3.3 膜表面形貌的研究  35
    2.3.4 膜表面性能研究  35-38
    2.3.5 表面氟化PVA膜的热性能分析  38-40
第三章 不对称PVA响应性膜的制备及其响应性研究  40-54
  3.1 实验部分  40-42
    3.1.1 原材料、仪器和试剂  40-41
    3.1.2 不对称表面氟化PVA膜的制备  41-42
  3.2 测试与表征  42-44
    3.2.1 表面红外光谱  42
    3.2.2 X-射线光电子能谱  42-43
    3.2.3 原子力电子显微镜  43
    3.2.4 表面接触角  43
    3.2.5 不对称PVA膜的响应性  43-44
  3.3 结果与讨论  44-54
    3.3.1 表面红外光谱  44-45
    3.3.2 X-射线光电子能谱  45-48
    3.3.3 原子力显微镜  48-50
    3.3.4 表面接触角  50-54
第四章 全文总结  54-56
参考文献  56-61
致谢  61-62
读学位期间发表或录用的论文  62-64

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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