摘要
润湿性是指液体与固体表面保持接触的能力，由相界面分子间相互作用产生的粘合力决定。在自然界中，润湿性是一种从微观到宏观的普遍现象。聚乙烯(PE)由于其优异的力学性能、耐摩擦性、化学稳定性和易加工性，被广泛应用在工业技术领域。但由于其非极性的化学结构，在表面很难引入亲水或疏水基团，缺乏染色性、粘附性、亲水性或疏水性等特性，限制了聚乙烯在工程技术领域的进一步应用。因此，通过简便方法改善聚乙烯的表面润湿性成为近年来研究的热点。本论文通过表面改性，分别制备了亲水性和疏水性聚乙烯材料，以甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为 “桥梁”，在HDPE的惰性表面引入含有大量亲水基团的聚乙烯醇(PVA)，制备出具有良好亲水性和水下超疏油的PVA@GMA-HDPE。此外，通过氟化钠(NAF)刻蚀在 HDPE 表面构造微纳结构的粗糙表面，随后采用化学接枝法在 HDPE 表面引入含有大量疏水基团的羟基氟硅油(HTFO)。通过微纳结构的粗糙表面和低表面能表面的协同作用制备的 HTFO@GMA-E/HDPE 板材不仅表现出优异的超疏水性、机械耐久性和化学稳定性，而且具有较强的自清洁功能和抗结冰性能。具体内容包含以下几个方面； (1)为了在 HDPE 的惰性表面上形成大量的反应活性位点，首先采用固相接枝法将GMA接枝在HDPE表面，制备了GMA-HDPE。傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)分析结果证明GMA成功接枝在了HDPE表面。当反应时间为2 h，反应温度为105℃，引发剂用量为HDPE的0.3 %，界面剂用量为HDPE的10 %时，通过质量法计算的接枝率达到最高值2.36 %。 (2)在GMA接枝HDPE的基础上，选用PVA对HDPE进行亲水改性，研究了PVA@GMA-HDPE的表面结构和HDPE亲水性的影响因素。PVA的加入改善了HDPE的润湿性，当PVA加入量为13%，开环剂加入量为0.1%，反应时间为2 h时，PVA@GMA-HDPE在空气中水的接触角从93.52±2.3°降低到23.33±3.1°，在水中油的接触角从 44.32±1.8°增加到 156.90±0.8°。抗油污性能显著改善，经过多次反复的水洗后，仍可以很容易地去除PVA@GMA-HDPE表面的油脂。 (3)通过微纳结构的粗糙表面和低表面能表面的协同作用，制备具有超疏水性能的H@G-E/HDPE。用饱和NaF水溶液蚀刻HDPE片材，形成粗糙表面，然后在HDPE 表面引入甲基丙烯酸甘油酯(GMA)，在HDPE 的惰性表面上形成大量的反应位点，随后进一步将低表面能的羟基氟硅油(HTFO)接枝到HDPE表面。H@G-E/HDPE 片材具有超疏水性，水接触角(WCA)为 158±1°，滚动角(SHA)为8±1°。该片材还表现出良好的耐久性和耐化学性，在水中强烈搅拌240 h或用砂纸摩擦120次后，WCA大于150°，在强酸/强碱溶液中浸泡24 h后仍保持超疏水性。此外，所制备的H@G-E/HDPE片材具有优异的动态疏水性，在0.77 m/s的水滴冲击下仍保持超疏水性、较低的冰粘附力、较长的延迟结冰时间和自清洁性能。
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