CN101851069A - 一种利用筛网模板法制备聚合物超疏水表面的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用筛网模板法制备聚合物超疏水表面的方法，其特征在于所述方法包括下列步骤：(1)在平面或曲面的耐高温基底上铺展或固定一层金属丝或耐高温塑料丝制成的筛网，所述筛网的网孔为200-2500目；(2)在筛网上热压疏水性热塑性聚合物或将筛网热压到聚合物表面上，控制热压温度使聚合物表面达到粘流状态；(3)在低于聚合物粘流温度下，将筛网从聚合物表面上剥离，即得到聚合物超疏水表面。本发明方法操作工艺简单、成本低、环保性和重复性好，且易于大面积制备，易于与流延技术相结合，为规模制备聚合物超疏水薄膜提供了极强的理论和试验指导，具有重要工程应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及了一种利用筛网模板法制备聚合物超疏水表面的方法。
背景技术
超疏水表面是指与水的接触角大于150°，滚动角小于10°的表面。其在防水、防雾、防雪、防尘等方面具有广阔应用前景。固体表面的超疏水性由其表面化学成分和微观几何结构共同决定。目前制备超疏水表面的方法有很多，例如电化学法、金属刻蚀法、溶胶凝胶法、层层自组装法以及模板法等。模板法因操作简便，成本低廉以及环境友好等特性，是最有希望大规模生产超疏水表面的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种简单的、廉价的、可以大面积制备超疏水表面的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种制备聚合物超疏水表面的方法，所述方法包括下列步骤：
(1)在平面或曲面的耐高温基底上铺展或固定一层金属丝或耐高温塑料丝制成的筛网，所述筛网的网孔为200-2500目；
(2)在筛网上热压疏水性热塑性聚合物或将筛网热压到疏水性热塑性聚合物表面上，控制热压温度使聚合物表面达到粘流状态，热压压力、时间要求能保证筛网部分或全部嵌入聚合物表面；
(3)在低于疏水性热塑性聚合物粘流温度下，将筛网从聚合物表面上剥离，即得到聚合物超疏水表面。
本发明制得的为一种表面均匀分布微尖刺结构的聚合物表面，该表面具有超疏水性，与水的接触角可达到150°以上，滚动角小于10°。
本发明步骤(1)中，所述的平面或曲面耐高温基底为任何硬质或具有一定弹性的基底，包括各种金属、玻璃、耐高温聚合物(包括交联的橡胶)、复合材料、陶瓷、木材等。优先选用硬质金属基底。
本发明步骤(1)中，所述的金属丝的材质可以是不锈钢、铝合金、铜等。所述的耐高温塑料丝的材质可以是尼龙等工程塑料。所述筛网的网孔优选500-1200目。
本发明步骤(1)中，所述的铺展或固定是指将筛网放置、黏合或焊接到相应的耐高温基底上。
本发明步骤(2)中，所述的疏水性热塑性聚合物可以是聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、尼龙等热塑性塑料或热塑性弹性体。优选聚乙烯或聚丙烯。
本发明步骤(2)中，所述的热压是指在一定温度一定压力下，将筛网压入聚合物表面一定深度，或者将筛网与聚合物薄膜、片材或熔体叠合后送入压延辊间挤压。筛网压入的前提是聚合物表面发生粘流。对高密度聚乙烯，热压温度优选140～200℃，热压压力优选为0.3-0.8MPa，热压时间优选为0.5～1分钟。
本发明步骤(3)中，所述的剥离是指在室温至聚合物相应的粘流温度之间，将筛网与聚合物撕开。剥离温度越高，表面微结构越容易被拉长。
本发明所述的“耐高温”是指材质的热变形温度高于被热压的聚合物的粘流温度。即所述筛网和耐高温基体的材质的热变形温度均高于被热压的聚合物的粘流温度。
本发明可采用扫描电镜(SEM)来观察所得表面的微观形貌，用接触角测量仪测量所得表面水的接触角。
本发明所述的聚合物超疏水表面的制备方法，其中表面的超疏水性可由筛网孔径大小、模压温度、脱模温度以及模压压力来控制。本发明方法操作工艺简单、成本低、环保性和重复性好，且易于大面积制备，易于与流延技术相结合，为规模制备聚合物超疏水薄膜提供了极强的理论和试验指导，具有重要工程应用价值。
附图说明
图1是孔径为500目的不锈钢筛网模板的SEM图。
图2是孔径为800目的尼龙筛网模板的SEM图。
图3是用孔径为500目的不锈钢筛网为模板、在180℃下模压HDPE5分钟、40℃下脱模所得HDPE表面的SEM图和接触角照片。
图4是以孔径为500目的不锈钢筛网为模板在180℃下模压HDPE5分钟、100℃下脱模所得HDPE表面的SEM图和接触角照片。
图5是以孔径为500目的不锈钢筛网为模板在180℃下模压HDPE5分钟、100℃下脱模所得HDPE表面的动态接触角。
图6是以孔径为500目的不锈钢筛网为模板在180℃下模压HDPE5分钟、120℃下脱模所得HDPE表面的SEM图和接触角照片。
图7是4μl大小的水滴在图6所对应表面上滚动瞬间的图片。
图8是以孔径为500目的不锈钢筛网为模板在135℃下模压LDPE5分钟、100℃下脱模所得LDPE表面的SEM图和接触角照片。
图9是以孔径为500目的不锈钢筛网为模板在190℃下模压PP 5分钟、120℃下脱模所得PP表面的SEM图和接触角照片。
图10是以孔径为800目的尼龙筛网为模板在180℃下模压HDPE 5分钟、100℃下脱模所得HDPE表面的SEM图和接触角照片。
具体实施方式
以下实例进一步说明本发明，但这些实例并不用来限制本发明。
实施例1
筛网模板：在玻璃基底上铺一层500目的不锈钢筛网模板，筛网结构如图1。
在筛网上铺一层HDPE片材(高密度聚乙烯，韩国大林产业公司，5502)，再将另一块干净玻璃板覆盖于HDPE片材上，用两个长尾夹夹好(～0.5MPa)，放入180℃烘箱中加热5分钟。
将样品从烘箱中取出，打开玻璃，在聚合物温度为40℃时，将筛网从HDPE表面上剥离，得到超疏水HDPE薄膜。薄膜表面微结构和水静态接触角如图3所示。
实施例2
筛网模板：在不锈钢基底上铺一层500目的不锈钢筛网模板，筛网结构如图1。
在筛网上热压HDPE如实施例1。
将样品从烘箱中取出，打开玻璃，在聚合物温度为100℃时，将筛网从HDPE表面上剥离，得到超疏水HDPE薄膜。薄膜表面微结构和水静态接触角如图4所示，接触角的稳定性如图5所示。
实施例3
筛网模板如实施例1。
在筛网上热压HDPE如实施例1。
将样品从烘箱中取出，打开玻璃，在聚合物温度为120℃时，将筛网从HDPE表面上剥离，得到超疏水HDPE薄膜。薄膜表面微结构和水静态接触角如图6所示，表面水滴的滚动照片如图7所示。
实施例4
筛网模板如实施例1。
在筛网上铺一层LDPE片材(低密度聚乙烯，上海石化，N220)，再将另一块干净玻璃覆盖于LDPE片材上，用两个长尾夹夹好(～0.5MPa)，放入135℃烘箱中加热5分钟。
将玻璃从烘箱中取出，打开玻璃，在聚合物温度为100℃时，将筛网从LDPE表面上剥离，得到超疏水LDPE薄膜。薄膜表面微结构和水静态接触角如图8所示。
实施例5
筛网模板如实施例1。
在筛网上铺一层PP片材(聚丙烯，镇海炼化，T30S)，再将另一块干净玻璃覆盖于PP片材上，用两个长尾夹夹好(～0.5MPa)，放入190℃烘箱中加热5分钟。
将玻璃从烘箱中取出，揭开玻璃，在聚合物温度为120℃时，将筛网从PP表面上剥离，得到超疏水PP薄膜。薄膜表面微结构和水静态接触角如图9所示。
实施例5
筛网模板：在玻璃基底上铺一层800目尼龙筛网模板，筛网结构如图2。
在筛网上热压HDPE如实施例1，即180℃下热压5分钟。玻璃基底上脱模HDPE如实施例2，得到超疏水HDPE薄膜，薄膜表面微结构和水静态接触角如图10所示。
Claims (5)
1.一种制备聚合物超疏水表面的方法，其特征在于所述方法包括下列步骤：
(1)在平面或曲面的耐高温基底上铺展或固定一层金属丝或耐高温塑料丝制成的筛网，所述筛网的网孔为200-2500目；
(2)在筛网上热压疏水性热塑性聚合物或将筛网热压到疏水性热塑性聚合物表面上，控制热压温度使疏水性热塑性聚合物表面达到粘流状态；
(3)在低于疏水性热塑性聚合物粘流温度下，将筛网从疏水性热塑性聚合物表面上剥离，即得到聚合物超疏水表面。
2.如权利要求1所述的制备聚合物超疏水表面的方法，其特征在于所述的疏水性热塑性聚合物选自下列之一：聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、尼龙。
3.如权利要求1所述的制备聚合物超疏水表面的方法，其特征在于所述筛网的网孔为500-1200目。
4.如权利要求1所述的制备聚合物超疏水表面的方法，其特征在于在室温以上并低于疏水性热塑性聚合物粘流温度的温度条件下，将筛网从疏水性热塑性聚合物表面上剥离。
5.如权利要求1～4之一所述的制备聚合物超疏水表面的方法，其特征在于所述的耐高温基体和所述的筛网的材质的热变形温度高于被热压的疏水性热塑性聚合物的粘流温度。
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