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研究生： 胡益嘉
Sam Hu
論文名稱： 模板法製備纖毛化高分子疏水膜
Fabrication of fibrillar polymer film with hydrophobic properties used template method.
指導教授： 金惟國
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年： 2007
畢業學年度： 95
語文別： 中文
論文頁數： 89
中文關鍵詞： AAO模板 、表面型態 、疏水性 、高分子溶液 、微米纖毛
外文關鍵詞： AAO template, morphology, hydrophobic, polymer solution, micro fibril
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    • 蓮葉效應(Lotus effect)是指：像蓮花葉片表面上有一層臘質的纖毛結構，由於表面能較低，且其表面型態可以減少水與葉片表面接觸面積，降低對水的吸附性，並可藉由水滴從表面滾落時帶走最高含量的灰塵，具有超疏水及自清潔性質。
    仿蓮葉表面結構設計，製備纖毛化高分子薄膜，高分子溶液經毛細管作用力填入陽極氧化鋁( AAO)模板孔洞中，固化後再將模板蝕刻去除，即可得表面具纖毛結構之高分子膜。研究中，選擇PS、sPS及PMMA為材料，纖毛化後其最高接觸角分別可達161.°、164°及153°，顯示即使在沒有其他低表面能物質修飾下，材料表面具奈米陣列結構亦可呈現超疏水現象。

    此外為了能更進一步提升疏水性的可能性，我們採用低表面能疏水性矽橡膠(PDMS)，進行纖毛化高分子膜之表面改質修飾，結果顯示，經PDMS修飾之纖毛化PS及PMMA薄膜，具雜亂長纖毛交錯及陣列短纖毛結構，除了可降低表面能外亦可提升粗糙度，PS/PDMS複合膜接觸角最高可達170°，且滯後角小於3°，PMMA/PDMS複合膜接觸角最高可達165°，且在不同DMS含量下，可製備梯度變化疏水性表面，接觸角為115°-165°。

    為了使纖毛化表面，具有更好的熱性質以及機械強度，以確保纖毛化結構之穩定性及耐久性，選擇以熱固型Epoxy為材料，Epoxy單體在熱硬化反應的同時，藉由毛細作用力，進入AAO模板孔洞中，建構纖毛化Epoxy薄膜。結果顯示，Epoxy表面纖毛化後，其對水的潤溼性大幅增加，水滴在其表面逐漸擴散至近乎完全潤溼狀態，但將Epoxy纖毛以PDMS修飾後，則呈現超疏水狀態，接觸角高達165°以上。

    摘要 I 謝誌 II 目錄 III 圖目錄 VI 表目錄 X 第一章 緒論 1 第二章 文獻回顧 3 2.1接觸角定義(Adsorption & Wetting) 3 2.2接觸角理論 4 2.2.1 Yang’s equation 4 2.2.2 Wenzel Theory 5 2.2.3 Equation of Cassie and Baxter 7 2.2.4 Wenzel 模式和 Cassie and Baxter 模式的轉換 8 2.3設計超疏水性表面尺度 10 2.4蓮花效應簡介 13 2.5疏水材料發展現況 15 2.6疏水材料研發方法 16 2.6.1.溶膠凝膠法 16 2.6.2熔化-固化法 18 2.6.3化學氣相沉積(CVD) 19 2.6.4等離子處理法 20 2.6.5電流體動力學 21 2.6.6模板法 22 2.6.7.相分離法 23 2.7陽極氧化鋁模板(anodic alumina oxide template) 25 第三章、實驗材料、設備及實驗方法 28 3.1實驗藥品及設備 28 3.2實驗方法 31 3.2.1陽極氧化鋁(AAO)前處理 31 3.2.2纖毛化聚苯乙烯薄膜(PS)系統 31 3.2.3纖毛化聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA)薄膜-系統 32 3.2.4纖毛化環氧樹酯(Epoxy)薄膜系統 33 3.3測量方式 35 3.3.1表面形貌觀察 35 3.3.2浸潤性量測 35 3.3.3 AAO孔洞分率量測 35 3.3.4表面化學元素分析(ESCA) 36 3.3.5黏度測試 36 3.3.6熱分析 36 第四章 結果與討論 37 4.1氧化鋁板表面形貌分析 37 4.2 黏度效應 39 4.3聚苯乙烯(PS)系統 41 4.3.1纖毛化PS薄膜 41 4.3.1.1纖毛化PS薄膜表面形貌 41 4.3.1.2纖毛化PS薄膜的濕潤性 42 4.3.1.3纖毛化PS薄膜潤溼理論 42 4.3.2纖毛化sPS薄膜 43 4.3.2.1纖毛化sPS薄膜形成過程 43 4.3.2.2纖毛化sPS薄膜表面形貌 43 4.3.2.3 纖毛化sPS薄膜潤濕性 44 4.3.3 PDMS改質之纖毛化PS/PDMS纖毛化複合膜 45 4.3.3.1 PS/PDMS纖毛化複合膜形成過程 45 4.3.3.2 PS/PDMS纖毛化複合膜表面形態及潤濕性 45 4.3.3.3 PS/PDMS纖毛化複合膜之滯後角 46 4.3.3.4 PS/PDMS纖毛化複合膜潤濕理論 46 4.4聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)系統 53 4.4.1纖毛化PMMA薄膜 53 4.4.1.1纖毛化PMMA薄膜表面形態 53 4.4.1.2纖毛化PMMA薄膜的濕潤性 54 4.4.1.3纖毛化PMMA薄膜之濕潤理論 54 4.4.2 PMMA/PDMS纖毛化複合膜 55 4.4.2.1 PMMA/PDMS纖毛化複合膜表面形態 55 4.4.2.2 PMMA/PDMS複合膜的濕潤性 55 4.4.2.3 PMMA/PDMS纖毛化複合膜的濕潤理論 56 4.5環氧樹酯(Epoxy)系統 69 4.5.1纖毛化Epoxy薄膜 69 4.5.1.1纖毛化Epoxy薄膜形成過程 69 4.5.1.2纖毛化Epoxy薄膜表面形態 70 4.5.1.3纖毛化Epoxy薄膜潤濕性 71 4.5.2纖毛化Epoxy薄膜表面經PDMD改質 72 4.5.2.1纖毛化Epoxy薄膜表面經PDMD改質之形成方式 72 4.5.2.2纖毛化Epoxy薄膜表面經PDMS改質之表面型態與潤濕性 72 第五章 結論 85 第六章 參考文獻 87

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