CN100412115C - 超疏水性聚合物薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于表面化学技术领域，特别是涉及一种超疏水性聚合物薄膜及其制备方法。将加热熔融的聚合物熔体或溶解在溶剂中的聚合物溶液倾倒在表面具有微米与纳米相结合结构的植物叶或花瓣表面，在室温下使聚合物熔体凝固，或使聚合物溶液中的溶剂挥发完全后，将聚合物薄膜从植物叶或花瓣上剥离，得到具有反植物叶或反花瓣表面结构的超疏水性聚合物薄膜。将所述的反植物叶或反花瓣表面结构的超疏水性聚合物薄膜作为模板再一次进行复制，得到类似植物叶或类似花瓣表面结构的超疏水性聚合物薄膜。本发明的原料价廉易得，所制得的超疏水性聚合物薄膜具有反植物叶或反花瓣表面，或类似植物叶或类似花瓣表面的微米与纳米相结合的粗糙表面结构。

Description

超疏水性聚合物薄膜及其制备方法

技术领域

本发明属于表面化学技术领域，特别是涉及一种超疏水性聚合物薄膜及其制备方法。

背景技术

超疏水性表面在工农业生产和人们的日常生活中都有着极其广阔的应用价值，例如，它可以用来防雪、防污染、抗氧化以及防止电流传导等。本发明人在《先进材料》杂志2002，14(24)，1857～1860上发表的文章“超疏水表面：从自然到仿生”(Lin Feng，Lei Jiang，et al.Super-hydrophobic Surfaces：From Natural to Artificial.Adv.Mater.)，揭示天然荷叶表面的超疏水性是由其表面微观结构和化学组成决定的，其中表面微米与纳米相结合的粗糙表面结构对超疏水性起到重要的作用。中国发明专利公开号CN 1544482A公开了一种用⁶⁰Co辐照制备超疏水聚合物膜的方法，以含氟烯烃作为疏水单体，于非含氟烯烃气氛中，在⁶⁰Co辐照场中辐照聚合，常温常压制备超疏水聚合物膜，其与水静态接触角大于130°。本发明人在专利ZL01120628.4中公开了一种制备具有超疏水性表面的聚合物纳米纤维束的方法，即以疏水性聚合物作为前驱体，以不同孔径及密度分布的多孔铝板为模板，通过挤压聚合物熔体或溶液的方法，制备出具有超疏水性表面的聚合物纳米纤维束。所制得的聚合物纤维束纵向具有纳米级凸凹不平的粗糙表面，该表面表现出超疏水性，即对水的接触角大于150°。所制得的聚合物纳米纤维束中不含有氟，对人体无任何毒害作用且对环境无污染。

发明内容

本发明的一目的是采用原料价廉易得的，未经过任何处理的、天然具有超疏水性的植物叶或花瓣为模板，所制得的超疏水性聚合物薄膜具有反植物叶或反花瓣表面的微观结构，即具有微米与纳米相结合的粗糙表面结构。

本发明的再一目的是提供一种具有类似植物叶或类似花瓣表面微观结构的超疏水性聚合物薄膜。

本发明的另一目的是提供一种目的一的超疏水性聚合物薄膜的制备方法。

本发明还一目的是提供一种得到类似植物叶或类似花瓣表面的微观结构，即具有微米与纳米相结合的粗糙表面结构的超疏水性聚合物薄膜的制备方法。

本发明的超疏水性聚合物薄膜具有反植物叶或反花瓣表面的微米与纳米相结合的粗糙表面结构，或具有类似植物叶或类似花瓣表面的微米与纳米相结合的粗糙表面结构。

本发明的超疏水性聚合物薄膜的制备方法，将加热熔融的聚合物熔体或溶解在溶剂中的聚合物溶液倾倒在表面具有微米与纳米相结合结构的植物叶或花瓣表面，在室温下使聚合物熔体凝固，或使聚合物溶液中的溶剂挥发完全后，将聚合物薄膜从植物叶或花瓣上剥离，得到具有反植物叶或反花瓣表面结构的超疏水性聚合物薄膜。

本发明可将上述得到的具有反植物叶或反花瓣表面结构的超疏水性聚合物薄膜作为模板，再一次用加热熔融的聚合物熔体或溶解在溶剂中的聚合物溶液倾倒在其表面进行复制，得到类似植物叶或类似花瓣表面结构的超疏水聚合物薄膜，复制原则为熔融聚合物的温度或所选择的溶解聚合物的溶剂为不破坏具有反植物叶或反花瓣表面结构的超疏水性聚合物薄膜的表面结构。

所述植物叶是表面具有微米与纳米相结合结构的植物叶，包括荷叶等。

所述花瓣是表面具有微米与纳米相结合结构的花瓣，包括：玫瑰花花瓣、菊花花瓣、长寿花花瓣、洋兰花花瓣、蒲包花花瓣、君子兰花花瓣、杜鹃花花瓣、桃花花瓣、樱花花瓣、梅花花瓣、仙客来花花瓣、康乃馨花花瓣、一品红花花瓣、幸福花花瓣、月季花瓣、罗兰花花瓣、牵牛花花瓣、郁金香花花瓣、勿忘我花花瓣、绣球花花瓣、马蹄莲花花瓣等。

所述的聚合物熔体是聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯中的一种。

所述的聚合物溶液用的聚合物是聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯、聚二甲基硅氧烷或聚氨酯。

所述的聚合物溶液用的溶剂优选水、乙醇、异丙醇、水与乙醇的混合物、水与异丙醇的混合物、二甲基甲酰胺、氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃、丙酮、甲苯、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺与甲苯的混合物或二甲基甲酰胺与四氢呋喃的混合物。

所述的聚合物可以在相同溶剂中溶解的可以任意混合。

所述的聚合物溶液的重量百分比浓度是0.2％～80％，优选5％～60％。

本发明的超疏水性聚合物薄膜的方法优点在于：

(1)以未经过任何处理的、天然具有超疏水性的植物叶或花瓣为模板，原料价廉易得、无毒无害。

(2)所制得的超疏水性聚合物薄膜具有反植物叶或反花瓣表面的微观结构，或类似植物叶或类似花瓣表面的微观结构。

(3)所制得的超疏水性聚合物薄膜的结构和疏水性不受所使用的聚合物溶液浓度的影响。

(4)所制得的超疏水性聚合物薄膜在常温常压下获得。

(5)所制得的超疏水性聚合物薄膜中不含有氟，对人体无任何毒害作用，且对环境无污染。

(6)将所制得的超疏水性聚合物薄膜作为模板制成模具可以进行批量生产。

(7)所制得的超疏水性聚合物薄膜可用于制备观赏性塑料花、自清洁涂层等。

附图说明

图1.本发明实施例2的一品红花瓣表面的扫描电子显微镜照片。

图2.本发明实施例2的反一品红花瓣表面结构的聚乙烯醇薄膜的扫描电子显微镜照片。

图3.本发明实施例2的水滴在反一品红花瓣表面结构的聚乙烯醇薄膜表面的微观形貌照片，接触角为136.2°。

图4.本发明实施例2的类似一品红花瓣表面结构的聚苯乙烯薄膜的扫描电子显微镜照片。

图5.本发明实施例2的水滴在类似一品红花瓣表面结构的聚苯乙烯薄膜表面的微观形貌照片，接触角为139.5°。

具体实施方式

实施例1

(1)将聚乙烯醇添加在水中，并在超声振荡下升温至90℃，使其完全溶解，获得重量百分比浓度为10％的聚乙烯醇水溶液。

(2)将步骤(1)制得的聚乙烯醇水溶液倾倒于荷叶表面，并使其在室温下干燥。

(3)待水全部挥发后将聚乙烯醇薄膜剥离荷叶表面，得到具有反荷叶表面微结构的超疏水性聚乙烯醇薄膜。

(4)将步骤(3)制得的聚乙烯醇薄膜作为模板代替荷叶表面，将聚酰胺的二甲亚砜溶液倾倒在其上，再进行一次复制，得到具有类似荷叶表面微结构的超疏水性聚酰胺薄膜。

所述的聚酰胺溶液的浓度为25wt％。

实施例2

(1)将聚乙烯醇添加在水中，并在超声振荡下升温至90℃，使其完全溶解，获得重量百分比浓度为15％的聚乙烯醇水溶液。

(2)将步骤(1)制得的聚乙烯醇水溶液倾倒于一品红花花瓣表面，并使其在室温下干燥。

(3)待水全部挥发后将聚乙烯醇薄膜剥离一品红花花瓣表面，得到具有反一品红花花瓣表面微结构的超疏水性聚乙烯醇薄膜。

(4)将步骤(3)制得的聚乙烯醇薄膜作为模板代替一品红花花瓣表面，将聚苯乙烯的氯仿溶液倾倒在其上，再进行一次复制，得到具有类似一品红花花瓣表面微结构的超疏水性聚苯乙烯薄膜。

所述的聚苯乙烯溶液的浓度为30wt％。

实施例3

(1)将聚氧乙烯添加在水和乙醇(体积比3∶2)的混合溶剂中，并在超声振荡下使其完全溶解，获得重量百分比浓度为4％的聚氧乙烯溶液。

(2)将步骤(1)制得的聚氧乙烯溶液倾倒于黄菊花花瓣表面，并使其在室温下干燥。

(3)待水和乙醇的混合溶剂全部挥发后将聚氧乙烯薄膜剥离黄菊花花瓣表面，得到具有反黄菊花花瓣表面微结构的超疏水性聚氧乙烯薄膜。

(4)将步骤(3)制得的聚氧乙烯薄膜作为模板代替黄菊花花瓣表面，将聚氯乙烯的甲苯溶液倾倒在其上，再进行一次复制，得到具有类似黄菊花花瓣表面微结构的超疏水性聚氯乙烯薄膜。

所述的聚氯乙烯溶液的浓度为20wt％。

实施例4

(1)将聚乙烯添加在丙酮溶剂中，并在超声振荡下使其完全溶解，获得重量百分比浓度为40％的聚乙烯溶液。

(2)将步骤(1)制得的聚乙烯溶液倾倒于桃花花瓣表面，并使其在室温下干燥。

(3)待丙酮全部挥发后将聚乙烯薄膜剥离桃花花瓣表面，得到具有反桃花花瓣表面微结构的超疏水性聚乙烯薄膜。

(4)将步骤(3)制得的聚乙烯薄膜作为模板代替桃花花瓣表面，将聚甲基丙烯酸甲酯的四氢呋喃溶液倾倒在其上，再进行一次复制，得到具有类似桃花花瓣表面微结构的超疏水性聚甲基丙烯酸甲酯薄膜。

所述的聚甲基丙烯酸甲酯溶液的浓度为13wt％。

实施例5

(1)将聚酯和聚氨酯添加在二甲基甲酰胺溶剂中，并在超声振荡下使其完全溶解，获得重量百分比浓度为18％的聚酯和聚氨酯的混合溶液。

(2)将步骤(1)制得的聚酯和聚氨酯的混合溶液倾倒于玫瑰花花瓣表面，并使其在室温下干燥。

(3)待氯仿全部挥发后将混合聚酯和聚氨酯的薄膜剥离玫瑰花花瓣表面，得到具有反玫瑰花花瓣表面微结构的超疏水性混合聚酯和聚氨酯的薄膜。

(4)将步骤(3)制得的混合的聚酯和聚氨酯薄膜作为模板代替玫瑰花花瓣表面，将聚乙烯醇的水溶液倾倒在其上，再进行一次复制，得到具有类似玫瑰花瓣表面微结构的超疏水性聚乙烯醇薄膜。

所述的聚乙烯醇溶液的浓度为75wt％。

实施例6

(1)将聚丙烯在升温至176℃，使其完全熔融，获得重量百分比浓度为100％的聚丙烯熔体。

(2)将步骤(1)制得的聚丙烯熔体趁热倾倒于幸福花花瓣表面，并使其在室温下凝固。

(3)待聚丙烯完全凝固后，将聚丙烯的薄膜剥离幸福花花瓣表面，得到具有反幸福花花瓣表面微结构的超疏水性聚丙烯薄膜。

(4)将步骤(3)制得的聚丙烯薄膜作为模板代替幸福花花瓣表面，将聚丙烯腈的二甲基甲酰胺溶液倾倒在其上，再进行一次复制，得到具有类似幸福花花瓣表面微结构的超疏水性聚丙烯腈薄膜。

所述的聚丙烯腈溶液的浓度为15wt％。

实施例7

(1)将聚二甲基硅氧烷添加在二甲基甲酰胺溶剂中，并在超声振荡下使其完全溶解，获得重量百分比浓度为35％的聚二甲基硅氧烷溶液。

(2)将步骤(1)制得的聚二甲基硅氧烷溶液倾倒于月季花花瓣表面，并使其在室温下干燥。

(3)待二甲基甲酰胺完全挥发后，将聚二甲基硅氧烷的薄膜剥离月季花花瓣表面，得到具有反月季花花瓣表面微结构的超疏水性聚二甲基硅氧烷薄膜。

(4)将聚碳酸酯在强烈搅拌下升温至185℃，使其完全熔融，获得重量百分比浓度为100％的聚碳酸酯熔体。

(5)将步骤(3)制得的聚二甲基硅氧烷薄膜作为模板代替月季花花瓣表面，再将步骤(4)制得的聚碳酸酯熔体趁热倾倒在其上，再进行一次复制，得到具有类似月季花花瓣表面微结构的超疏水性聚碳酸酯薄膜。

Claims (10)

1. 一种超疏水性聚合物薄膜，其特征是：所述的超疏水性聚合物薄膜具有反植物叶或反花瓣表面的微米与纳米相结合的粗糙表面结构，或具有类似植物叶或类似花瓣表面的微米与纳米相结合的粗糙表面结构。

2. 根据权利要求1所述的超疏水性聚合物薄膜，其特征是：所述植物叶是表面具有微米与纳米相结合结构的荷叶；

所述花瓣是表面具有微米与纳米相结合结构的玫瑰花花瓣、菊花花瓣、长寿花花瓣、洋兰花花瓣、蒲包花花瓣、君子兰花花瓣、杜鹃花花瓣、桃花花瓣、樱花花瓣、梅花花瓣、仙客来花花瓣、康乃馨花花瓣、一品红花花瓣、幸福花花瓣、月季花花瓣、罗兰花花瓣、牵牛花花瓣、郁金香花花瓣、勿忘我花花瓣、绣球花花瓣或马蹄莲花花瓣。

3. 根据权利要求1所述的超疏水性聚合物薄膜，其特征是：所述的聚合物是聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯或可以在相同溶剂中溶解的聚合物的任意混合物。

4. 一种根据权利要求1～3任一项所述的超疏水性聚合物薄膜的制备方法，其特征是：将加热熔融的聚合物熔体或溶解在溶剂中的聚合物溶液倾倒在表面具有微米与纳米相结合结构的植物叶或花瓣表面，在室温下使骤合物熔体凝固，或使聚合物溶液中的溶剂挥发完全后，将聚合物薄膜从植物叶或花瓣上剥离，得到具有反植物叶或反花瓣表面结构的超疏水性聚合物薄膜。

5. 根据权利要求4所述的方法，其特征是：将得到的具有反植物叶或反花瓣表面结构的超疏水性聚合物薄膜作为模板，再一次用加热熔融的聚合物熔体或溶解在溶剂中的聚合物溶液倾倒在其表面进行复制，得到类似植物叶或类似花瓣表面结构的超疏水性聚合物薄膜；所选择溶解聚合物的溶剂或熔融聚合物的温度为不破坏具有反植物叶或反花瓣表面结构的超疏水性聚合物薄膜的表面结构。

6. 根据权利要求4或5所述的方法，其特征是：所述的聚合物熔体是聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯、聚二甲基硅氧烷或聚氨酯；

所述的聚合物溶液用的聚合物是聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯或可以在相同溶剂中溶解的聚合物的任意混合物。

7. 根据权利要求4或5所述的方法，其特征是：所述的聚合物溶液的重量百分比浓度是0.2％-80％。

8. 根据权利要求6所述的方法，其特征是：所述的聚合物溶液的重量百分比浓度是0.2％-80％。

9. 根据权利要求4或5所述的方法，其特征是：所述的聚合物溶液用的溶剂是水、乙醇、异丙醇、水与乙醇的混合物、水与异丙醇的混合物、二甲基甲酰胺、氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃、丙酮、甲苯、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺与甲苯的混合物或二甲基甲酰胺与四氢呋喃的混合物。

10. 根据权利要求4或5所述的方法，其特征是：所述植物叶是表面具有微米与纳米相结合结构的荷叶；

所述花瓣是表面具有微米与纳米相结合结构的玫瑰花花瓣、菊花花瓣、长寿花花瓣、洋兰花花瓣、蒲包花花瓣、君子兰花花瓣、杜鹃花花瓣、桃花花瓣、樱花花瓣、梅花花瓣、仙客来花花瓣、康乃馨花花瓣、一品红花花瓣、幸福花花瓣、月季花花瓣、罗兰花花瓣、牵牛花花瓣、郁金香花花瓣、勿忘我花花瓣、绣球花花瓣或马蹄莲花花瓣。

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