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含氟聚氨酯的合成及其纳米纤维化的超双疏性能研究

王家林  
【摘要】:含氟聚氨酯(FPU)材料是一类新型高分子功能材料。由于氟基团的引入,FPU具有表面能低、化学性质稳定和憎水憎油等特性,在皮革、织物整理方面具有很好的应用前景。目前国内含氟皮革、织物泼水整理剂主要依靠国外进口。而且受原料价格的限制,含氟聚合物成本居高不下。因此开发具有自主创新的低成本、高整理性能的含氟聚氨酯整理剂具有重要意义。静电纺丝技术是制造尺寸与形貌可调控的纤维的最简便的方法之一。且静电纺纤维具有高比表面积、高孔隙率等优点,在信息、能源、环境、生物医学、国家安全等领域都具有广泛应用潜力。 本课题首先介绍了FPU的合成方法以及应用、静电纺丝技术以及静电纺纳米纤维的应用。从合成FPU出发,借助红外核磁对其结构进行表征,研究了聚合反应中原料的加入方式、加料配比以及不同的氟烷基链长度对合成的FPU拒水拒油性能的影响,通过接触角,拒水拒油等级测试反馈合成物性参数,得到具有最佳整理性能的含氟聚氨酯,同时也通过DSC、TGA、 XRD等手段分析了含氟聚氨酯的热学性能以及结晶性能。 本课题的另一个重要方面是利用静电纺丝技术将FPU纳米纤维化,借助于FE-SEM,首先分析了溶液浓度对纳米纤维膜的表面形貌、接触角以及表面粘附性能的影响。实验发现,18wt%的FPU溶液在一定的纺丝条件下能获得具有良好疏水性能的纳米纤维膜,但表面粘附现象严重。通过纳米SiO:颗粒修饰后,能得到具有微纳米多级结构粗糙表面的纳米纤维膜,结果表明,当Si02颗粒浓度为1wt%时,水接触角和油接触角分别为165。和151。,滚动角仅2。,表面粘附现象消失,表现出强大的超疏水超疏油性和自清洁性能。通过光学轮廓仪测试证实了FPU-18/SNP-1具有最高的表面粗糙度。在此基础上BET数据分析显示纤维膜中存在大量的微孔结构,分形维数分析表明,FPU-18/SNP膜具有不规则的粗糙表面的分形特征与结构,其膜表面粗糙度和对应的疏水疏油性之间呈现正相关性。此外,初步探讨FPU/SNP膜的透气性能,我们设计了相关概念实验,结果发现FPU-18/SNP-1膜可负载1.5kg水或者油的同时具有相当高的空气透过率(2L/min)。


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