含氟硅嵌段共聚物本体、表面微纳米结构的形成规律及表面性质

Superamphiphobic surfaces have a broad range of potential applications including self-cleaning textiles, antifouling coatings of ship hulls, reduction of drag in crude oil transfer, and so on. However, most of the artificial superamphiphobic surfaces have low stability, and they will lose the superamphiphobic properties with the changing of surface micro-/nanostructures and chemical composition by mechanical damage. In this project, based on the unique self-assembly behavior of block copolymers and the characteristics of low surface energy and good oil resistance of fluorosilicones, the fluorosilicone-containing block copolymers will be used to fabricate superamphiphobic surfaces with multilength scale micro-/nanostructures and long durability of physical and chemical properties. In particular, two kinds of well-defined AB-type fluorosilicone- containing block copolymers, poly[methyl(3,3,3-trifluoropropyl)siloxane]-b- polystyrene and poly[methyl(3,3,3-trifluoropropyl)siloxane]-b-poly(methyl methacrylate) diblock copolymers, will be synthesized and investigated in this project. By a systematic study on the microphase-separated thermodynamic behavior of the block copolymers, some microphase-separated structure models will be established for the fluorosilicone-containing block copolymers. And then, by the investigation of surface micro-/nanostructures and surface properties of the block copolymers, common rules will be obtained for the influence of segment-segment thermodynamic interaction on the bulk/surface morphologies and the surface properties of fluorosilicone-containing block copolymers. Furthermore, superamphiphobic surfaces with long durability of physical and chemical properties will be fabricated by electrospinning.

超双疏表面在纺织品自清洁、轮船外壳防污、石油管道输送减阻等领域具有非常广阔的应用前景。但目前制备的超双疏表面大多稳定性差，很容易因损伤表面微纳米结构与表面化学组成而失去其超双疏功能。依据嵌段共聚物独特的自组装行为、氟硅的低表面能与疏油特性，本项目拟构建一种具有多尺度微纳米结构的、物理化学性质持久稳定的超双疏含氟硅嵌段共聚物表面。其中，通过以聚[甲基(3,3,3-三氟丙基)硅氧烷]分别与聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯的AB型两嵌段共聚物为研究对象，系统性地考察这两种嵌段共聚物的微相分离热力学，建立微相分离结构模型，并结合共聚物的表面微观形貌与表面性质研究，获得链段间的热力学相互作用影响含氟硅嵌段共聚物本体、表面微纳米结构与表面性质的一般规律，并利用静电纺丝技术制备得到物理化学性质持久稳定的超双疏表面。

超双疏表面在纺织品自清洁、轮船外壳防污、石油管道输送减阻等领域具有非常广阔的应用前景。但目前制备的超双疏表面大多稳定性差，很容易因损伤表面微纳米结构与表面化学组成而失去其超双疏功能。依据嵌段共聚物独特的自组装行为、氟硅的低表面能与疏油特性，本项目构建了一种具有多尺度微纳米结构的、物理化学性质持久稳定的超双疏含氟硅嵌段共聚物表面。.首先，合成得到一系列不同组成的聚[甲基(3,3,3-三氟丙基)硅氧烷](PMTFPS)分别与聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的AB型两嵌段共聚物，系统性地考察了这两种嵌段共聚物的微相分离热力学，获得了PMTFPS与PS、PMTFPS与PMMA链段间有效的Flory-Huggins相互作用参数（χeff）值，建立了嵌段共聚物微相分离结构模型，并结合共聚物的表面微观形貌与表面性质研究，获得了链段间的热力学相互作用影响含氟硅嵌段共聚物本体、表面微纳米结构与表面性质的一般规律。.其次，通过对PMTFPS-b-PS、PMTFPS-b-PMMA嵌段共聚物的静电纺丝研究，揭示了不同静电纺丝工艺条件对嵌段共聚物静电纺纤维膜表面形貌及其浸润性的影响，制备得到超疏水、高耐溶剂的特殊浸润性表面。研究结果表明，含氟硅嵌段共聚物静电纺纤维具有明显的微相分离结构，并体现出独特的微纳米复合结构。通过考察含氟硅嵌段共聚物薄膜或电纺膜的表面性质发现，嵌段共聚物的微相分离是其表面能形成纳米级粗糙度的一个重要原因。含氟硅嵌段共聚物电纺纤维膜的超疏水、高耐溶剂性能，正是基于氟硅链段在表面的富集和表面的粗糙化。.最后，为了制备得到超疏水、超疏油、耐磨性好的表面，本项目扩大了研究范围，进行了纳米粒子的制备及其表面改性并用于超双疏表面的制备，发现短链MTMS的引入可对氟硅改性SiO2纳米涂层表面含氟链段的空间排列起到固定和保护作用，并得到超疏水与接近超疏油的表面。此外，通过对含氟硅无规共聚物的合成及其表面性质研究，还发现两亲性PMMA-g-(PMTFPS, PEG)接枝共聚物涂层具有独特的表面微结构以及很好的防水、防油与防蛋白质吸附性能。