CN101531764A - 一种超疏水聚丙烯薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超疏水聚丙烯薄膜及其制备方法。首先称取一定量的等规聚丙烯颗粒加入到二甲苯中，将温度升至130℃，在磁力搅拌下溶液，形成浓度为1～50mg/mL的聚丙烯溶液；往聚丙烯溶液中加入为溶液体积的20％～60％的丙酮，并快速搅拌；采用流延法将添加丙酮的聚丙烯溶液流布在基底上，在温度为20～70℃下干燥3～12小时，所得白色薄膜即为超疏水聚丙烯薄膜。本发明操作简单，无需复杂的化学处理，也不需要昂贵的设备，成本低，可控性好，易于产业化。所获得的超疏水聚丙烯薄膜具有很好的表面结构稳定性、耐风雨持久性、抗化学腐蚀性等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种超疏水薄膜材料技术领域，特别涉及超疏水聚丙烯薄膜及其制备方法。
背景技术
众所周知，材料表面的润湿性取决于材料的表面化学性质和材料的表面形貌。在光滑表面的接触角最多只能提高到120°，而在自然环境中却存在大量超疏水的表面(材料表面与水的接触角大于150°，滚动角小于10°)，最典型的就是荷叶表面自清洁效果。超疏水表面由于具有防水、防雾、自清洁等特点，在基础研究和工业应用中均具有重要意义，已经引起广泛关注。江雷等在《Angew.Chem.Int.Ed.》(2004，43：4338-4341)上报道了利用电纺技术制备类荷叶状的超疏水表面，其接触角为160.4±1.2°；金美花等在《Advance Materials》(2005，17：1977-1981)上报道了利用氧化铝为模板制备超疏水聚苯乙烯薄膜，其接触角为160.4±1.2°；Balamurali Balu在《Langmuir》(2008，24：4785-4790)利用等离子技术制备出接触角为166.7°±0.9°超疏水纤维素。除了以上方法外，还有溶胶-凝胶法、氟化涂层法、化学气相沉积法、阳极氧化法、电化学沉积法、机械拉伸法等。
超疏水表面的实际应用一定要解决两个关键问题：价格要有竞争力，还要具有足够的界面结合强度。但是目前大部分已经报道的方法，要么采用具有低表面能的价格昂贵的含氟或硅烷材料，要么需要特殊的加工设备或复杂的工艺流程，大大制约了超疏水表面的实际应用。因此，发明一种简单而又易于产业化的技术制备超疏水表面是非常必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作简单，无需复杂的化学处理，也不需要昂贵的设备，成本低，可控性好，易于产业化的超疏水聚丙烯薄膜的制备方法。
等规聚丙烯是一种价格低廉的通用塑料，其光滑膜的接触角在104°左右，是一般疏水性的材料。通过本发明的制备方法，不仅可以得到大面积的具有微米-纳米两种尺度粗糙度的聚合物表面，而且该聚合物材料具有很好的结构稳定性、力学性能、热稳定性、抗化学腐蚀、抗潮湿、低密度、对环境友好等优良性能。本发明的方法不但提供了一种制备超疏水表面材料的新方法，同时为拓展通用塑料的应用领域提供了一种新途径。本发明的方法操作简便、设备简单、可规模化生产，具有很好的工业应用前景。
一种超疏水聚丙烯薄膜，其特征在于：薄膜为孔状结晶的网络类鸟巢结构，网络中心的孔洞的直径是几微米到几十微米，结构的骨架的组成单元为直径3～6微米结晶的聚丙烯微球和/或短轴为0.5～1.2微米，长轴为1.8～3微米的树叶形状的聚丙烯微晶。
上述的超疏水聚丙烯薄膜，其特征在于：微米结晶的聚丙烯微球和树叶形状的聚丙烯微晶是由纳米级的片晶构筑而成。
上述的超疏水聚丙烯薄膜，其特征在于：薄膜与水滴的接触角在152～174°之间，水滴在薄膜表面的滚动角小于4°。
本发明的超疏水聚丙烯薄膜的制备方法包括以下步骤：
称取等规聚丙烯颗粒加入到二甲苯中，形成聚丙烯溶液；往聚丙烯溶液中加入聚丙烯溶液体积20％～60％的丙酮，采用流延法将添加丙酮的聚丙烯溶液流布在玻璃基底上，在温度为20～70℃下干燥3～12小时，所得白色薄膜即为超疏水聚丙烯薄膜。
上述制备方法中，称取等规聚丙烯颗粒加入到二甲苯中时，将温度升至120～140℃，在磁力搅拌下，形成浓度为1～50mg/mL的聚丙烯溶液。
聚丙烯溶液浓度高时，膜的厚度大且更均一；浓度低时，虽然均一性差些，但膜的粗糙度更大。
上述制备方法中，在制备超疏水聚丙烯薄膜材料之前对玻璃片进行预处理，方法为：将玻璃片浸入浓硫酸与30wt％双氧水7：3体积比的溶液中预处理1小时后取出，用去离子水冲洗，并用氮气吹干，得到预处理好的干净玻璃片。
往聚丙烯溶液中加入丙酮时，聚丙烯溶液的浓度增大时，其添加丙酮的量也随之增大，并快速搅拌。由于丙酮的挥发速度比二甲苯大，因此，丙酮的加入降低聚丙烯的结晶时间，得到更小的晶粒。
附图说明
图1实施例1制备的超疏水聚丙烯薄膜照片
图2实施例1制备的超疏水聚丙烯薄膜的SEM照片
图3实施例2制备的超疏水聚丙烯薄膜照片
具体实施方式
通过下面给出的本发明的具体实施例可以进一步清楚地解析本发明，但下述实施例并不是对本发明的限定。
实施例1：
首先，将玻璃片浸入浓硫酸与30wt％双氧水7：3体积比的溶液中预处理1小时后取出，用去离子水冲洗，并用氮气吹干，得到预处理好的干净玻璃片。然后取一定量的等规聚丙烯颗粒加入到二甲苯中，在130℃下搅拌30分钟，形成1mg/mL的聚丙烯溶液，再加入为聚丙烯溶液体积的20％的丙酮并搅拌，接着采用流延法将添加丙酮的聚丙烯溶液流布在玻璃基底上，在20℃下自然干燥12小时后，在玻璃表面形成一层白色的聚丙烯薄膜。参见图1，采用OCAH200接触角测试仪测试该薄膜表面的润湿性，结果表明该表面与水的接触角为152°，滚动角小于4°。采用JSM-7001F热场发射扫描电子显微镜对薄膜表面形貌进行了观察，发现该薄膜是孔状结晶的网络类鸟巢结构构成，如图2。
实施例2：
首先，将玻璃片浸入浓硫酸与30wt％双氧水7：3体积比的溶液中预处理1小时后取出，用去离子水冲洗，并用氮气吹干，得到预处理好的干净玻璃片。然后取一定量的等规聚丙烯颗粒加入到二甲苯中，在130℃下搅拌30分钟，形成25mg/mL的聚丙烯溶液，再加入为聚丙烯溶液体积的40％的丙酮并搅拌，接着采用流延法将添加丙酮的聚丙烯溶液流布在玻璃基底上，在70℃下真空干燥3小时后，在玻璃表面形成一层白色的聚丙烯薄膜。参见图3，采用OCAH200接触角测试仪测试该薄膜表面的润湿性，表明该表面与水的接触角为174°，滚动角小于4°。采用JSM-7001F热场发射扫描电子显微镜对薄膜表面形貌进行了观察，发现该薄膜是孔状结晶的网络类鸟巢结构构成。
实施例3：
首先，将玻璃片浸入浓硫酸与30wt％双氧水7：3体积比的溶液中预处理1小时后取出，用去离子水冲洗，并用氮气吹干，得到预处理好的干净玻璃片。然后取一定量的等规聚丙烯颗粒加入到二甲苯中，在130℃下搅拌30分钟，形成50mg/mL的聚丙烯溶液，再加入为聚丙烯溶液体积的60％的丙酮搅拌3分钟，接着采用流延法将添加丙酮的聚丙烯溶液流布在玻璃基底上，在温度为45℃下真空干燥3小时后，在玻璃表面形成一层白色的聚丙烯薄膜。采用OCAH200接触角测试仪测试该薄膜表面的润湿性，结果表明该表面与水的接触角为160°，滚动角小于4°。采用JSM-7001F热场发射扫描电子显微镜对薄膜表面形貌进行了观察，发现该薄膜是孔状结晶的网络类鸟巢结构构成。
Claims (6)
1、一种超疏水聚丙烯薄膜，其特征在于：薄膜为孔状结晶的网络类鸟巢结构，网络中心的孔洞的直径是几微米到几十微米，结构的骨架的组成单元为直径3～6微米结晶的聚丙烯微球和/或短轴为0.5～1.2微米，长轴为1.8～3微米的树叶形状的聚丙烯微晶。
2、权利要求1所述的超疏水聚丙烯薄膜，其特征在于：微米结晶的聚丙烯微球和树叶形状的聚丙烯微晶是由纳米级的片晶构筑而成。
3、权利要求1所述的超疏水聚丙烯薄膜，其特征在于：其特征在于：薄膜与水滴的接触角在152～174°之间，水滴在薄膜表面的滚动角小于4°。
4、权利要求1所述的薄膜的制备方法，具体为：
称取等规聚丙烯颗粒加入到二甲苯中，形成聚丙烯溶液；往聚丙烯溶液中加入聚丙烯溶液体积20％～60％的丙酮，采用流延法将添加丙酮的聚丙烯溶液流布在玻璃基底上，在温度为20～70℃下干燥3～12小时，所得白色薄膜即为超疏水聚丙烯薄膜。
5、权利要求5所述的薄膜的制备方法，其特征在于：称取等规聚丙烯颗粒加入到二甲苯中时，将温度升至120～140℃，在磁力搅拌下，形成浓度为1～50mg/mL的聚丙烯溶液。
6、权利要求5所述的薄膜的制备方法，其特征在于：在制备超疏水聚丙烯薄膜材料之前对玻璃基底进行预处理，方法为：将玻璃基底浸入浓硫酸与30wt％双氧水7：3体积比的溶液中预处理1小时后取出，用去离子水冲洗，并用氮气吹干，得到预处理好的干净玻璃片。
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