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为解决建筑膜材料使用过程中易污染、难清洁的问题,一般要求膜材料应具备一定程度的自清洁能力。本课题以荷叶效应为理论依据,首先采用模板法在PVDF膜表面构建微纳米粗糙结构,然后再通过其它技术手段对上述薄膜进行低表面能修饰,从而制备具有防污自洁性能的PVDF膜。
以不同显微尺度的自制模板制备超疏水PVDF膜,研究不同的微纳米尺寸对膜接触角的影响规律,并以SEM辅助分析膜表征膜表面形貌的变化;采用石蜡、有机硅树脂以及含氟树脂对具有表面粗糙结构的PVDF膜进行低表面能修饰,研究表面能对接触角、滚动角的影响;对涂层胶含固量和成膜过程中的烘干温度、焙烘温度等工艺条件进行了探讨,确定制备防污自洁PVDF膜的最优工艺。结果表明:当模板粗糙结构突起直径大于25.4μm时,经模板法制得的PVDF膜表面产生“毛刺”,有利于接触角的提高,当突起直径位于8.5-25.4μm时,突起越小,接触角越高;在具有相同粗糙结构的PVDF膜表面,静态接触角随膜表面能的降低而升高,材料表面接触角受表面能和粗糙结构的双重影响;PVDF膜表面滚动角的大小取决于膜表面的表面能高低,表面能越低滚动角越低,粗糙度对滚动角影响不显著;具有很低表面能的PVDF膜在仅获得微米级粗糙结构后就获得了优异的防污自洁性能,这对“仿荷叶理论”进行了补充。确定了最佳工艺为:以表面突起直径为8.5μm的10#模板为涂层基板,采用表面负载含氟树脂和PVDF涂层胶共混掺杂含氟树脂两种方法进行涂层,经80℃烘干30min、180℃焙烘5min后,所制得的薄膜表面接触角高达169.4°、172°,滚动角低至2.5°和1.5°,集灰试验证明该膜材具有优异的防污自洁性能。
采用超临界CO2溶胀、插嵌技术对具有表面精细粗糙结构的PVDF膜进行低表面能物质修饰,采用SEM扫描电镜、AFM原子力显微镜等观察修饰作用对膜表面形态的影响,并通过讨论体系温度、压强对膜材超疏水性的影响,最终确定该方法制备防污自洁膜材的最优工艺。结果表明:含氟树脂的插嵌作用在膜表面形成了尺寸大小在100-500nm的微小突起:温度的升高或压强的降低有利于膜表面接触角的增大、滚动角的减小。确定该方法的最优工艺为:表面突起直径为8.5μm的10#模板制备的具有表面粗糙结构的PVDF膜经20MPa、100℃的超临界CO2插嵌处理4h,最终所获得的薄膜表面接触角165.2°、滚动角2°,集灰试验证明该膜材具有卓越的防污自洁性能。