摘 要

仿生类疏水型材料在近年来有很大发展，其特殊的润湿作用给予固体表面优异的抗水性，主要用于自清洁、防冰、防污、食品包装、液体运输、油水分离等领域。虽然其用途广泛，但疏水型材料的价格却很高，制作工艺也很繁琐，如何利用简易的生产方式提高材料表面的疏水性能已经成为了主要方向。

本课题以聚丙烯为基体，聚乳酸与聚丙烯的共混改性为主，提高光滑聚丙烯材料表面的疏水性。利用注塑机制备的低表面能疏水型聚丙烯，通过软件design expert分析得出材料的接触角在97~105°。虽然在加入聚乳酸后，力学性能有一些减弱，但接触角会有一定提升。其中聚乳酸的质量分数越大，接触角会有所提升。加入的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，在其质量分数为5%时，材料的接触角会有较低值，增加或减少相容剂都会提高材料表面的接触角。材料内部的结晶结构相较表面的非结晶薄膜，接触角会提升15°以上。

关键字：疏水性 聚丙烯 共混改性

Abstract

Bionic hydrophobic materials have great development in recent years, the wettability of special solid surface gives excellent water resistance, mainly used for self-cleaning, anti icing, anti fouling, food packaging, liquid transportation, oil-water separation and other fields. Although it has a wide range of uses, the price of hydrophobic materials is very high, and the manufacturing process is very complicated. It has become the main direction that how to use simple production methods to improve the hydrophobic properties of the surface of materials.

This paper using polypropylene as matrix, poly lactic acid blending modification of polypropylene, which improve the surface hydrophobicity of smooth polypropylene material. Low surface energy hydrophobic polypropylene prepared by injection mechanism, and then through the software design expert analysis shows that the contact angle at 97~105 degrees in materials. Although the mechanical properties of PLA were weakened, the contact angle would be improved with the addition of poly lactic acid. The greater the mass fraction of poly lactic acid, the higher the contact angle. The compatible agent is maleic anhydride grafted polypropylene in this system. When the mass fraction of PP-g-MAH is 5%, the contact angle of the material will be lower. Increasing or decreasing the compatibilizer will increase the contact angle of the material surface. The crystalline structure of the material is more than 15 degrees higher than that of the surface amorphous film.

Key words: Hydrophobicity Polypropylene Blending modification

目录

1前言 6

1.1概述 6

1.2自然界中的超疏水实例 6

1.3疏水性产生的条件 6

1.4接触角理论 7

1.4.1润湿方程 7

1.4.2 Wenzel模型^[7-8] 8

1.4.3 Cassie模型^[9] 9

1.4.4 Cassie-Baxter模型^[10] 9

1.4.5 Wenzel-Cassie模型 9

1.5相容性 10

1.6研究现状 10

1.6.1低表面能物质构建微米纳米结构 10

1.6.2在粗糙固体表面修饰低表面能物质 11

2实验部分 14

2.1原料的选取 14

2.2实验条件的选择 14

2.3响应曲面的设计 14

2.3.1 响应曲面设计 14

2.3.2 实验配比 15

2.4试样合成 15

2.4.1力学性能试样 15

2.4.2红外试样 15

2.4.3接触角试样 16

2.4.4偏光试样 16

2.5结果讨论 16

2.5.1红外光谱 16

2.5.1.1基础谱图（以配比55:40:5为例） 16

2.5.2力学性能 20

2.5.3接触角 22

2.5.4结晶性 26

3结论 28

4参考文献 29

5致谢 30

1前言

疏水材料的基础理论早在20世纪50年代就有提出，在1996年T.Onda等^[1]人通过氟化改性AKD(烷基烯酮二聚体)，制备出仿生类的超疏水材料，利用Young’s方程计算，超疏水材料表面的接触角可以达到174°。在此后，超疏水材料研究逐渐热门起来。

1.1概述

超疏水表面定义为材料表面上水的接触角（contact angle，CA）大于150°和滑动角（slide angle，SA）低于5°^[2]，是一种对水具有很大排斥力的材料，而平时的疏水性材料是指材料与水的接触角大于90°。常用的疏水性材料聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚偏氟乙烯（PVDF）、和聚醚砜类。由于超疏水材料的低表面能，材料表面特殊的润湿性使水滴在材料表面的接触角很大、滚动角很小，因此超疏水材料的自清洁性、防冰防污性、流体减阻性都很好。

本课题中将以聚丙烯（PP）为基体，通过与聚乳酸（PLA）共混，以马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）为相容剂，制作出能够提高光滑聚丙烯表面疏水性的材料。

1.2自然界中的超疏水实例

在地球不断演变的过程中，自然界中的生物也不断进化出具有特殊功能的材料或表面，这些新材料也往往能给人们的研究带来启发。