制備防污自潔膜材其表層必須滿足兩個(gè)條件：一是物質(zhì)的表面具有很低的固體表面能；二是在低表面能物質(zhì)的表面上構(gòu)建有一定粗糙度的微米與納米相結(jié)合的階層結(jié)構(gòu)[6]。表層面材料的界面張力是決定親水和疏水的前提,因此,低表面能物質(zhì)具有較低的界面張力，是疏水性的最基本條件。表面微細(xì)結(jié)構(gòu)是顯著提高其疏水性能的關(guān)鍵因素。因此,在低表面能物質(zhì)上構(gòu)建粗糙表面和在粗糙的表面結(jié)構(gòu)上修飾低表面能的物質(zhì),是研制仿生超疏水性材料的途徑[7]。
典型的低表面能材料是有機(jī)硅和氟樹(shù)脂以及其相應(yīng)的改性樹(shù)脂。氟碳樹(shù)脂以其固有的低表面能特性,被廣泛用于制造疏水表面。目前常用的有：Teflon(特氟隆)系列、PVDF和FEVE(一種含氟樹(shù)脂)等。聚硅氧烷是僅次于氟碳樹(shù)脂的第二種制備疏水表面的常用材料。常用的有機(jī)硅單體有：有機(jī)氯硅烷單體、有機(jī)烷氧基硅烷單體、有機(jī)酰氧基硅烷單體、有機(jī)硅醇和含有機(jī)官能團(tuán)的有機(jī)硅單體等。有機(jī)硅樹(shù)脂薄膜主要是通過(guò)在一定條件下水解，在水解過(guò)程中加入一定量的堿性或酸性物質(zhì)作為催化劑，通過(guò)縮聚和聚合反應(yīng)，可制得物理和化學(xué)性能良好的高分子硅氧薄膜。在氟樹(shù)脂中引入Si-O鍵，可提高其耐熱性，使涂層具有更廣泛的應(yīng)用范圍。如采用乙烯基硅烷單體、氟烯烴、乙烯基醚共聚，所得產(chǎn)品的涂層不僅疏水性能優(yōu)異,而且耐候性、耐藥品性、耐溶劑性、耐熱性、低摩擦性、透明性和附著力等性能優(yōu)良。
制備合適微米—納米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)的方法是防污自潔研究的關(guān)鍵。從制備方法來(lái)說(shuō),主要有蒸汽誘導(dǎo)相分離法、模板印刷法、電紡法、溶膠—凝膠法、模板擠壓法、激光和等離子體刻蝕法、拉伸法、腐蝕法以及其他方法。Chen等利用氧等離子體,分別刻蝕經(jīng)烷基硫醇修飾后的自組裝納米聚苯乙烯薄膜表面和Teflon薄膜表面,前者的表面接觸角從刻蝕前的132°變?yōu)?70°，后者接觸角為168°。Khorasani[8]等利用CO2脈沖激光作為誘導(dǎo)源,在聚二甲基硅氧烷薄膜表面制備出了多孔有序的超疏水表面,表面接觸角為175°。Lu等加熱聚四氟乙烯到玻璃點(diǎn)溫度,利用多孔氧化鋁模板在聚四氟乙烯薄膜表面成功地制備了柱狀的聚四氟乙烯纖維表面,其表面接觸角為161°。Xu等利用電引發(fā)聚合和化學(xué)聚合工藝在聚吡咯(PPy) 薄膜中摻雜全氟辛烷磺酸(PFOS) 作為誘導(dǎo)劑,得到具有雙重結(jié)構(gòu)的粗糙表面,其表面具有較好的疏水性。Yuan等將聚苯乙烯顆粒溶于四氫呋喃溶液,并在常溫下向上述溶液中加入一定量的無(wú)水乙醇,在硅片表面制得了接觸角大于150°的多孔薄膜。其中乙醇溶液的加入減緩了上述溶液的揮發(fā)速度,延長(zhǎng)了該溶液的凝固時(shí)間,進(jìn)而使聚苯乙烯在成膜過(guò)程中,微粒生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)更為規(guī)則;另外,乙醇和四氫呋喃的揮發(fā),增加了聚苯乙烯薄膜中的氣孔率,使該薄膜表面粗糙度增大,提高了其疏水性能。Nema等[9]將聚四氟乙烯粉體在450℃裂解成四氟乙烯和六氟丙烯后，用高純N2作為等離子氣體,利用擴(kuò)大等離子電弧(EPA)工藝在不銹鋼表面沉積出了規(guī)則的類聚四氟乙烯的納米結(jié)構(gòu),其表面接觸角為165°超臨界二氧化碳作為一種新興的、無(wú)污染的高分子改性方法用于制備具有自清潔功能的膜材也取得很好的效果。
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