§ 瀏覽學位論文書目資料
  
系統識別號 U0002-0808201701215200
DOI 10.6846/TKU.2017.00280
論文名稱(中文) 奈米超斥水聚二乙烯苯粉末的製造與應用
論文名稱(英文) Manufacturing and Application of Nano-Superhydrophobic Polydivinylbenzene Particulates
第三語言論文名稱
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中文) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英文) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
外國學位學校名稱
外國學位學院名稱
外國學位研究所名稱
學年度 105
學期 2
出版年 106
研究生(中文) 張潔
研究生(英文) Chieh Chang
學號 605350031
學位類別 碩士
語言別 繁體中文
第二語言別
口試日期 2017-07-13
論文頁數 102頁
口試委員 指導教授 - 林清彬
委員 - 廖文毅
委員 - 劉昭華
關鍵字(中) 聚二乙烯苯
超斥水
溶劑熱法
接觸角
滑動角
關鍵字(英) Polydivinylbenzene
Superhydrophobic
Solvent thermal method
Contact angle
Sliding angle
第三語言關鍵字
學科別分類
中文摘要
本研究將含有高壓容器容積比例為80%之二乙烯苯單體、乙酸乙酯溶劑及偶氮二異丁腈起始劑之A混合溶液,進行高壓溶劑熱法已成功製備具有超斥水之聚二乙烯苯(PDVB)合成物,壓製成PDVB超斥水薄片,其靜態接觸角與滑動角分別約為163°及1°,將含有2wt% PDVB超斥水粉末之乙醇溶液給予球磨後,製得平均粒徑約為148nm PDVB的乙醇懸浮溶液。使用浸塗法製得靜態接觸角分別約為153°、154°及157°與滑動角均約為1°的超斥水影印紙、道林紙與西卡紙。將已去木質素的木塊與含有高壓容器容積比例為80%之A混合溶液,經高壓溶劑熱法已成功製備具有超斥水之靜態接觸角分別約為135°、132°及140°與滑動角均約為1°的超斥水白楊木、吉野檜木及飛機木塊。將已作陽極處理且未封孔之6061鋁合金與含有高壓容器容積比例為80%之A混合溶液,使用5次的高壓溶劑熱法,讓PDVB超斥水合成物填滿陽極處理之AAO孔洞中,成功製得靜態接觸角約為156°的超斥水陽極處理之6061鋁合金。
英文摘要
In this research, we have been successively prepared a non-toxic and superhydrophobic polydivinylbenzene(PDVB) particulates by high pressure solvothermal method with mixture A, which including divinylbenzene monomer, ethyl acetate solvent and azobisisobutyronitrile initiator with 80% high pressure vessel volume. PDVB sheet’s contact angle (CA) and sliding angle (SA) are approximately 163° and 1°. Using ball milling process to produce 2wt% PDVB in ethanol suspension solution with the average particle size of PDVB is about 148nm. Superhydrophobic paper was obtained by dip-coating with the PDVB suspension solution onto copy & laser paper, wood free paper and Bristol board presenting CA/SA approximately 153°/1°, 154°/1° and 157°/1°. Superhydrophobic wood was obtained by high pressure solvothermal method using wood without lignin and mixture A with 80% high pressure vessel volume. Superhydrophobic wood was presented by Poplar, Chamaecyparis formosensis and Baltimore which had 135°/1°, 132°/1° and 140°/1° of CA/SA. Superhydrophobic anodized but without sealing aluminum alloy sheet was prepared by repeating 5 times high pressure solvothermal method several times with 80% high pressure vessel volume of mixture A in order to let PDVB filled up AAO pores thus enhance durability. Superhydrophobic aluminum alloy presented 156° of CA.
第三語言摘要
論文目次
總目錄
壹、導論	1
 1.1 前言	1
 1.2 文獻回顧	2
  1.2.1蓮花效應	2
  1.2.2 潤濕機制	5
   1.2.2.1 Young’s equation	5
   1.2.2.2 Wenzel State	6
   1.2.2.3 Cassie—Baxter State	7
   1.2.2.4 滑動角	7
  1.2.3 木材之去木質素處理	8
  1.2.4 基材表面之斥水處理	11
 1.3 研究動機	15
貳、實驗步驟	16
 2.1 實驗材料與設備	16
  2.1.1 實驗材料	16
  2.1.2 實驗設備	17
 2.2 實驗步驟	18
  2.2.1 斥水懸浮溶液製備	18
  2.2.2 紙張之斥水塗層製備	20
  2.2.3 縫隙腐蝕與伽凡尼腐蝕	21
  2.2.4 鋁合金的陽極處理與斥水處理	22
  2.2.5 木塊之去木質素處理與斥水處理	24
 2.3 X光繞射儀分析	25
 2.4 粒徑分析	26
 2.5 顯微結構觀察	27
  2.5.1 掃描式電子顯微鏡分析	27
  2.5.2共軛焦雷射掃描顯微鏡分析	27
 2.6 接觸角量測	28
  2.6.1 靜態接觸角量測	28
  2.6.2 滑動角量測與水滴彈跳情形	28
參、結果與討論	30
 3.1 超斥水粉末分析	30
 3.2紙張之顯微結構與斥水性質分析	40
 3.3 超斥水粉末對縫隙腐蝕及伽凡尼腐蝕之應用分析	61
  3.3.1 超斥水粉末對縫隙腐蝕之應用分析	61
  3.3.2超斥水粉末對伽凡尼腐蝕之應用分析	66
 3.4 超斥水粉末在陽極處理後6061鋁合金板之應用分析	69
 3.5 超斥水粉末在木材之應用分析	83
肆、結論	96
伍、參考資料	98




















圖目錄
圖 1-1具有平滑表面之葉片(a-d)以及具有粗糙表面之葉片(e-h)之
SEM照片;(a)赫蕉;(b)倪藤;(c)玉蘭;(d)歐洲山毛櫸;(e)蓮;(f)芋;(g)甘藍;(h)Mutisia decurrens	4
圖1-2 (a)具有平滑表面之葉片;(b)具有粗糙表面之葉片之自我清潔示
意圖	5
圖1-3 (a) Young’s equation;(b)Wenzel state;(c) Cassie—Baxter state;
(d)滑動角示意圖	8
圖2-1溶劑熱法(a)設備;(b)示意圖	20
圖3-1溶液於高壓容器內佔容積比例由左至右分別為70%;80%;
90%,經溶劑熱法後PDVB之外觀照片。	33
圖3-2混合溶液於高壓容器內佔容積比例為(a)70%;(b)80%;(c)90%,
經溶劑熱法後去離子之水滴在PDVB之靜態接觸角照片	34
圖3-3混合溶液於高壓容器內佔容積比例為(a)70%;(b)80%;(c)90%,
經溶劑熱法後去離子之水滴在PDVB之滑動角照片	35
圖3-4混合溶液於高壓容器內佔容積比例為(a)70%;(b)80%;(c)90%,
經溶劑熱法後去離子之水滴在PDVB之水滴彈跳照片	36
圖3-5混合溶液於高壓容器內佔容積比例為(a)70%;(b)80%;(c)90%,
經圓缽研磨後之PDVB粉末外觀照片	37
圖3-6混合溶液於高壓容器內佔容積比例為(a)70%;(b)80%;(c)90%,
XRD分析PDVB粉末晶相	38
圖3-7球磨後PDVB懸浮溶液的照片由左至右分別係高壓容器體積
為70%,80%及90%	39
圖3-8高壓容器體積為70%;80%及90%PDVB懸浮溶液粒徑分
析圖	39
圖3-9 (a)影印紙;(b)道林紙;(c)西卡紙之SEM照片	45
圖3-10去離子水之水滴在(a)影印紙;(b)道林紙;(c)西卡紙之去靜態
接觸角照片	46
圖3-11紙張浸泡於2wt%、使用容積比例為70%之PDVB懸浮溶液
中再行乾燥之SEM照片;(a)影印紙;(b)道林紙;(c)西卡
紙	47
圖3-12紙張浸泡於2wt%、使用容積比例為70%之PDVB懸浮溶液
中再行乾燥之靜態接觸角照片;(a)影印紙;(b)道林紙;(c)西卡紙	48
圖3-13紙張浸泡於2wt%、使用容積比例為70%之PDVB懸浮溶液
中再行乾燥之滑動角照片;由左至右分別為影印紙、道林紙、西卡紙	49
圖3-14紙張浸泡於2wt%、使用容積比例為70%之PDVB懸浮溶液
中再行乾燥之水滴彈跳照片;(a)影印紙;(b)道林紙;(c)西卡紙	50
圖3-15紙張浸泡於2wt%、使用容積比例為80%之PDVB懸浮溶液
中再行乾燥之SEM照片;(a)影印紙;(b)道林紙;(c)西卡
紙	51
圖3-16紙張浸泡於2wt%、使用容積比例為80%之PDVB懸浮溶液
中再行乾燥之靜態接觸角照片;(a)影印紙;(b)道林紙;(c)西卡紙	52
圖3-17紙張浸泡於2wt%、使用容積比例為80%之PDVB懸浮溶液
中再行乾燥之滑動角照片;(a)影印紙;(b)道林紙;(c)西卡
紙	53
圖3-18紙張浸泡於2wt%、使用容積比例為80%之PDVB懸浮溶液
中再行乾燥之水滴彈跳照片;(a)影印紙;(b)道林紙;(c)西卡紙	54
圖3-19紙張浸泡於2wt%、使用容積比例為90%之PDVB懸浮溶液
中再行乾燥之SEM照片;(a)影印紙;(b)道林紙;(c)西卡
紙	55
圖3-20紙張浸泡於2wt%、使用容積比例為90%之PDVB懸浮溶液
中再行乾燥之靜態接觸角照片;(a)影印紙;(b)道林紙;(c)西卡紙	56
圖3-21紙張浸泡於2wt%、使用容積比例為90%之PDVB懸浮溶液
中再行乾燥之滑動角照片;由左至右分別為影印紙、道林紙、西卡紙	57
圖3-22紙張浸泡於2wt%、使用容積比例為90%之PDVB懸浮溶液
中再行乾燥之水滴彈跳照片;(a)影印紙;(b)道林紙;(c)西卡紙	58
圖3-23紙張分別浸泡於不同溶液之側邊SEM照片;溶液分別為
(a~c)70%;(d~f)80%;(g~i)90%;紙張之材質分別為(a)(d)(g)影印紙;(b)(e)(h)西卡紙;(c)(f)(i)道林紙	60
圖3-24縫隙腐蝕示意圖	61
圖3-25螺絲與接合工件模組之照片	62
圖3-26螺絲外觀照片,由左至右分別為未處理、浸泡浸泡於4wt%
之PDVB懸浮溶液中一次、兩次、三次;(a)螺絲原始狀態;(b)組合工件浸泡於20%硝酸水溶液10分鐘後之螺絲狀態	64
圖3-27將螺絲浸泡於4wt%之PDVB懸浮溶液旋入接合工件內,放
入50℃下烘乾10分鐘,接著浸泡於20%硝酸水溶液後之外觀照片;(a)旋入旋出一次;(b)旋出旋入兩次	65
圖3-28伽凡尼腐蝕示意圖	66
圖3-29銅釘模組	67
圖3-30鉚釘外觀照片,由左至右分別為未處理、浸泡浸泡於4wt%
之PDVB懸浮溶液中一次、兩次、三次;(a)鉚釘原始狀態;(b)組合工件浸泡於20%硝酸水溶液10分鐘後之螺絲狀態	68
圖3-31 (a)6061鋁合金板;(b)陽極處理後;(c)陽極處理後塗抹粉末;
(d)陽極處理後進行溶劑熱法;(e)陽極處理後放入100℃之熱水2小時,再進行溶劑熱法;(f)陽極處理後進行溶劑熱法,再放入100℃之熱水2小時之外觀照片	75
圖3-32 (a)6061鋁合金板;(b)陽極處理後;(c)陽極處理後塗抹粉末;
(d)陽極處理後進行溶劑熱法;(e)陽極處理後放入100℃之熱水2小時,再進行溶劑熱法;(f)陽極處理後進行溶劑熱法,再放入100℃之熱水2小時之SEM照片	76
圖3-33 (a)6061鋁合金板;(b)陽極處理後; (c)陽極處理後塗抹粉末;
(d)陽極處理後進行溶劑熱法;(e)陽極處理後放入100℃之熱水2小時,再進行溶劑熱法;(f)陽極處理後進行溶劑熱法,再放入100℃之熱水2小時之共軛焦3D照片	77
圖3-34鋁合金板之靜態接觸角照片(a)6061鋁合金板;(b)陽極處理
後;(c)陽極處理後塗抹粉末;(d)陽極處理後進行溶劑熱法;(e)陽極處理後放入100℃之熱水2小時,再進行溶劑熱法;(f)陽極處理後進行溶劑熱法,再放入100℃之熱水2小時	78
圖3-35鋁合金板之滑動角照片(a)6061鋁合金板;(b)陽極處理後;
(c)陽極處理後塗抹粉末;(d)陽極處理後進行溶劑熱法;(e)陽極處理後放入100℃之熱水2小時,再進行溶劑熱法;(f)陽極處理後進行溶劑熱法,再放入100℃之熱水2小時	79
圖3-36鋁合金板之水滴彈跳照片(a)6061鋁合金板;(b)陽極處理後;
(c)陽極處理後塗抹粉末;(d)陽極處理後進行溶劑熱法;(e)陽極處理後放入100℃之熱水2小時,再進行溶劑熱法;(f)陽極處理後進行溶劑熱法,再放入100℃之熱水2小時	80
圖3-37多次高壓溶劑熱法示意圖	81
圖3-38 (a)經5次高壓溶劑熱法之鋁合金之靜態接觸角照片;(b)經手
指摩擦之5次高壓溶劑熱法鋁合金之靜態接觸角照片	82
圖3-39 (a)木材;(b)移除木質素之木材;(c)移除木質素之木材浸泡
PDVB懸浮溶液;(d)移除木質素之木材進行溶劑熱法;由左至右分別為白楊木、吉野檜木與飛機木之外觀照片	85
圖3-40 (a)白楊木;(b)吉野檜木;(c)飛機木之SEM照片	86
圖3-41 (a)白楊木;(b)吉野檜木;(c)飛機木之靜態接觸角照片	87
圖3-42去除木質素之木材浸泡2wt%之PDVB懸浮溶液,在50℃下
2小時乾燥後之SEM照片;(a)白楊木;(b)吉野檜木;(c)飛機木	88
圖3-43去除木質素之木材浸泡2wt%之PDVB懸浮溶液,在50℃下
2小時乾燥後之靜態接觸角照片;(a)白楊木;(b)吉野檜木;(c)飛機木	89
圖3-44去除木質素之木材浸泡2wt%之PDVB懸浮溶液,在50℃下
2小時乾燥後之滑動角照片;(a)白楊木;(b)吉野檜木;(c)飛機木	90
圖3-45去除木質素之木材浸泡2wt%之PDVB懸浮溶液,在50℃下
2小時乾燥後之水滴彈跳照片;(a)白楊木;(b)吉野檜木;(c)飛機木	91
圖3-46去除木質素之木材進行溶劑熱法後之SEM圖;(a)白楊木;
(b)吉野檜木;(c)飛機木	92
圖3-47去除木質素之木材進行溶劑熱法後之靜態接觸角;(a)白楊
木;(b)吉野檜木;(c)飛機木	93
圖3-48去除木質素之木材進行溶劑熱法後之滑動角;(a)白楊木;
(b)吉野檜木;(c)飛機木	94
圖3-49去除木質素之木材進行溶劑熱法後之水滴彈跳;(a)白楊木;
(b)吉野檜木;(c)飛機木	95
參考文獻
[1]	W. Barthlott, C. Neinhuis, “Purity of the sacred lotus,or escape from contamination in biological surfaces” Planta, Vol. 202 (1997) 1-8.
[2]	Liangliang Cao, Andrew K. Jones, Vinod K. Sikka, Jianzhong Wu and Di Gao, “Anti-Icing Superhydrophobic Coatings” Langmuir, Vol. 21, No. 25 (2009) 12444-12448.
[3]	Shunli Zheng, Cheng Li, Qitao Fu, Tengfei Xiang, Qi Wang, Mengping Du, Xingchen Liu, Zhong Chen, “Development of stable superhydrophobic coatings on aluminum surface for corrosion-resistant, self-cleaning, and anti-icing applications” Materials & Design , Vol. 93 (2016), 261-270.
[4]	Kazufumi Ogawa, Mamoru Soga, Yusuke Takada1 and Ichiro Nakayama, “Development of a Transparent and Ultrahydrophobic Glass Plate” Japanese Journal of Applied Physics, Vol.32 (1993) 614-615.
[5]	Derek C. Tretheway and Carl D. Meinhart, “Apparent fluid slip at hydrophobic microchannel walls” Physics of fluid, Vol. 14, No. 3 (2002) 9-12.
[6]	Balamurali Balu, Victor Breedveld, and Dennis W. Hess, “Fabrication of “Roll-off” and “Sticky” Superhydrophobic Cellulose Surfaces via Plasma Processing” Langmuir, Vol. 24 (2008) 4785-4790.
[7]	Peng Liu and Jiandong Ding, “Fabrication of Micro-Nano Hybrid Patterns on a Solid Surface” Langmuir, Vol. 26 (2009) 492-497.
[8]	Jeffrey P. Youngblood and Thomas J. McCarthy, “Ultrahydrophobic Polymer Surfaces Prepared by Simultaneous Ablation of Polypropylene and Sputtering of Poly(tetrafluoroethylene) Using Radio Frequency Plasma” Macromolecules, Vol. 32 6800-6806.
[9]	Seul Hee Lee, Zachary R. Dilworth, Erik Hsiao, Anna L. Barnette, Matthew Marino, Jeong Hoon Kim, Jung-Gu Kang, Tae-Hwan Jung, and Seong H. Kim, “One-Step Production of Superhydrophobic Coatings on Flat Substrates via Atmospheric Rf Plasma Process Using Non-Fluorinated Hydrocarbons” Applied Materials & Interfaces, Vol. 3 (2011) 476-481.
[10]	Didem Oner and Thomas J. McCarthy, “Ultrahydrophobic Surfaces. Effects of Topography Length Scales on Wettability” Langmuir, Vol. 16 (2000) 7777-7782.
[11]	Ralf Blossey, “Self-cleaning surfaces — virtual realities” Nature Materials, Vol. 2 (2003) 301-306.
[12]	H.M. Shang, Y. Wang, S.J. Limmer, T.P. Chou, K. Takahashi, G.Z. Cao, “Optically transparent superhydrophobic silica-based films” Thin Solid Films, Vol. 472 (2005) 37-43.
[13]	Hao-Yang Mi, Xin Jing, and Lih-Sheng Turng, “Fabrication of porous synthetic polymer scaffolds for tissue engineering” Journal of Cellular Plastics, Vol. 5 (2015) 165-196.
[14]	Neil J. Shirtcliffe, Glen McHale, Michael I. Newton, Gregoire Chabrol and Dr. Carole C. Perry, “Dual-scale roughness produces unusually water repellent surfaces”, Adv. Maters, Vol. 16 (2004) 1929-1932.
[15]	Mandla A. Tshabalala,1 Peter Kingshott, Mark R. VanLandingham, David Plackett, “Surface Chemistry and Moisture Sorption Properties of Wood Coated with Multifunctional Alkoxysilanes by Sol- Gel Process” Journal of Applied Polymer Science, Vol. 88 (2003) 2828-2841.
[16]	Yong-Lai Zhang, Jian-Nan Wang, Yan He, Yinyan He, Bin-Bin Xu, Shu Wei, and Feng-Shou Xiao, “Solvothermal Synthesis of Nanoporous Polymer Chalk for Painting Superhydrophobic Surfaces” Langmuir, Vol. 27 (2011) 12585-12590.
[17]	Yong Li, Zhao, zhu Zhang, Bo Ge, Xuehu Men and Qunji Xue, “One-pot, template-free synthesis of a robust superhydrophobic polymer monolith with an adjustable hierarchical porous structure” The Royal Society of Chemistry, Vol.18 (2016) 5266-5272.
[18]	Yiqiang Wu, Shanshan Jia, Yan Qing, Sha Luoa and Ming Liua, “A versatile and efficient method to fabricate durable superhydrophobic surfaces on wood, lignocellulosic fiber, glass, and metal  substrates”Journal of Materials Chemistry A, Vol. 4 (2016) 14111-14121.
[19]	Haifeng Zhang, Liang Yin, Ling Li,a Shuyuan Shi, Yang Wang and Xiaowei Liu, “Wettability and drag reduction of a superhydrophobic aluminum surface” The Royal Society of Chemistry, Vol. 6 (2016) 14034-14041.
[20]	Thomas Young, “An Essay on the Cohesion of Fluids” Phil. Trans. R. Soc. Lond., Vol.95 (1805) 65-87.
[21]	Robert N. Wenzel, “Resistance of solid surfaces to wetting by water” Industrial and Engineering Chemistry, Vol. 28, No.8 (1936) 988-994.
[22]	B. D. Cassie ,and S. Baxte, “Wettability of Porous surfaces” Trans. Faraday Soc, Vol.40 (1944) 546-551.
[23]	B. D. Cassie, “Contact angles” Discuss. Faraday Soc, Vol. 3 (1948) 11-16.
[24]	Furmidge C. G., Sutdent at phase interfaces. “The sliding of liquid drops on solid surface and a theory for spray retention” J. Colloid Sci., Vol. 17(1962) 309-324.
[25]	Jason Tam, Gino Palumbo and Uwe Erb, “Recent Advances in Superhydrophobic Electrodeposits” Materials, Vol. 9 (2016) 151.
[26]	Mona Ali, Medwick Byrd, Hasan Jameel, “Soda-AQ pulping of cotton stalks” TAPPI Fall Technical Conference, (2001).
[27]	Mehmet Akgül and Ayhan Tozluolu, “A comparison of soda and soda-AQ pulps from cotton” African Journal of Biotechnology, Vol. 8 (2009) 6127-6133.
[28]	Tian Li, Mingwei Zhu, Zhi Yang, Jianwei Song, Jiaqi Dai, Yonggang Yao, Wei Luo, Glenn Pastel, Bao Yang, and Liangbing Hu, “Wood Composite as an Energy Efficient Building Material: Guided Sunlight Transmittance and Effective Thermal Insulation” Adv. Energy Mater., (2016) 1601122.
[29]	Carl Ferdinand Dahl, “Process of manufacturing cellulose from wood” United states patent, US296935A (1884).
[30]	Mingwei Zhu, Tian Li, Chelsea S. Davis, Yonggang Yao, Jiaqi Dai, Yanbin Wang, FerasAl Qatari, Jeffrey W. Gilman, Liangbing Hu, “Transparent and haze wood composites for highly efficient broadband light management in solar cells” Nano Energy, Vol. 26 (2016) 332-339.
[31]	Hitoshi Ogihara, Jing Xie, Tetsuo S, “Factors determining wettability of superhydrophobic paper prepared by spraying nanoparticle suspensions” Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, Vol. 434 (2013) 35-41.
[32]	Colin R. Crick and Ivan P. Parkin, “Water droplet bouncing—a definition for superhydrophobic surfaces” Cite this: Chem. Commun, Vol. 47 (2011) 12059-12061.
[33]	Kangjian Tang, Jihong Yu, Yuanyuan Zhao, Yang Liu, Xiaofang Wang and Ruren Xu, “Fabrication of super-hydrophobic and super-oleophilic boehmite membranes from anodic alumina oxide film via a two-phase thermal approach” Journal of Materials Chemistry, Vol. 16 (2006), 1741-1745.
論文全文使用權限
校內
紙本論文於授權書繳交後5年公開
同意電子論文全文授權校園內公開
校內電子論文於授權書繳交後5年公開
校外
同意授權
校外電子論文於授權書繳交後5年公開

如有問題,歡迎洽詢!
圖書館數位資訊組 (02)2621-5656 轉 2487 或 來信