CN101993682A - 一种超疏水聚氯乙烯膜及其制备方法 - Google Patents

一种超疏水聚氯乙烯膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于功能材料技术领域，具体地本发明涉及一种超疏水聚氯乙烯膜及其制备方法。根据本发明的超疏水聚氯乙烯膜，其表面具有丝节交织的结构，所述丝的直径为100nm～500nm；所述结呈球状或梭形，直径为1μm～8μm，小球表面呈多孔结构；膜与水的接触角为150°～170°，水滴在材料表面滚动角小于10°。本发明通过静电纺丝方法制备出超疏水的聚氯乙烯膜，无需任何修饰，接触角大于150°，滚动角小于10°，具有很好的超疏水性能，且形貌可控，可以纺成微球和丝梭形相间的结构，且结构稳定，厚度可控，无需昂贵的生产设备，常温即可进行，易规模化，具有良好的应用价值。为扩大塑料的应用领域提供新的途径。

Description

一种超疏水聚氯乙烯膜及其制备方法
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，具体地本发明涉及一种超疏水聚氯乙烯膜及其制备方法。
背景技术
超疏水材料由于其表面的自清洁效应引起人们的广泛关注，构建超疏水材料通常通过两个方法：一是构筑表面的微纳米粗糙结构，二是在粗糙表面修饰低表面能的物质。
聚氯乙烯(PVC)是五大热塑性合成树脂之一，是世界上第二大通用塑料，来源丰富，价格低廉，应用广泛，主要用于建筑材料、包装材料、电子材料、日用消费品等，在工业、农业、建筑、交通运输、电力电讯和包装等各个领域获得了广泛的应用。聚氯乙烯(PVC)可以制作成管材、薄膜等。但PVC的易老化、热稳定性和冲击性能均较差，使其应用受到很大限制。PVC建筑膜材随着表面增塑剂的迁移和紫外线的照射，膜面易沾污，影响膜材的美观及使用寿命。超疏水的聚氯乙烯膜，可以使聚氯乙烯具备防污自清洁效应，也可以用于无损失液体传输，提高聚氯乙烯的功能。
中国发明专利申请(CN1621434A)公开了一种用溶剂-沉淀剂相转化法制备超疏水多孔聚氯乙烯膜的制备方法，该膜表面呈球状颗粒，是一种多孔结构疏松的膜。该方法将聚氯乙烯树脂配成溶液，在基质表面涂沉淀剂，将聚氯乙烯溶液涂于基质表面，通过真空干燥使溶剂和沉淀剂挥发，得到超疏水的多孔聚氯乙烯膜，该方法得到的膜具有较好的超疏水性，但是由于该方法中真空干燥对膜的浸润性影响非常关键，而真空干燥相对来说比较麻烦，不易控制。
发明内容
因此，为了解决上述问题本发明的发明人提出并完成了本发明。
本发明的目的是提供一种超疏水聚氯乙烯膜。
本发明的再一目的是提供一种制备一种超疏水聚氯乙烯膜的方法。
根据本发明的超疏水聚氯乙烯膜，其表面具有丝节交织的结构，所述丝的直径为100nm～500nm；所述结呈球状或梭形，直径为1μm～8μm，小球表面呈多孔结构；膜与水的接触角为150°～170°，水滴在材料表面接触角小于10°。
根据本发明的超疏水聚氯乙烯膜，其中，聚氯乙烯的分子量为40000～150000。
根据本发明的制备超疏水聚氯乙烯膜的方法，包括以下步骤：
1)将聚氯乙烯溶于溶剂中，配成浓度为3～15wt％、优选7％～12％质量浓度的纺丝溶液，超声混匀；以及
2)将溶液装入纺丝装置的给液装置中，纺丝距离控制在8～20cm、优选11～18cm，开启高压电源，将纺丝电压控制在10～40kv、优选16～35kv，聚氯乙烯电纺液从喷射装置喷出，并在喷丝口处形成Taylor锥，随后溶剂挥发，在接收基质上得到固化的超疏水聚氯乙烯膜。
根据本发明的方法，其中，所述聚氯乙烯的分子量为40000～150000。
根据本发明的方法，其中，溶解聚氯乙烯的溶剂为四氢呋喃，四氢呋喃和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂，四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂，其中所述四氢呋喃和N，N-二甲基甲酰胺的体积比为1∶1～5∶1；所述四氢呋喃与丙酮的体积比为1∶1～5∶1；四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的体积比为5∶5∶1～1∶1∶1。
根据本发明的方法，其中，所述接收基质为金属膜，金属板，金属网，或在其上加载不导电的接收器。
通过静电纺丝方法，制备出超疏水的聚氯乙烯膜，无需任何修饰，接触角大于150°，滚动角小于10°，具有很好的超疏水性能，且形貌可控，可以纺成微球和丝梭形相间的结构，且结构稳定，厚度可控，无需昂贵的生产设备，常温即可进行，易规模化，具有良好的应用价值。为扩大塑料的应用领域提供新的途径。
附图说明
图1为实施例1制备的超疏水聚氯乙烯的扫描电镜照片；
图2为实施例1制备的超疏水聚氯乙烯的接触角照片。
具体实施方式
实施例1
800mgSG-5型聚氯乙烯(78000)溶于10ml四氢呋喃中(浓度为8wt％)，超声混匀，将纺丝液放入给液装置中，调整喷头和结收装置距离为11cm，用锡纸做接受基质，开启高压电源，将电压控制在18kv，纺丝液从喷头喷出，在接收装置固化。用光学接触角测定仪测其浸润性，所得膜与水滴接触角为155°±5°，滚动角小于5°，电镜表明聚氯乙烯表面呈丝节交织的结构，其中丝的直径100nm～200nm，结为球形或梭形，直径在1～5μm。
实施例2
300mgSG-5型聚氯乙烯溶于10ml四氢呋喃和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中(THF∶DMF＝1∶1)(浓度为3wt％)，超声混匀，将纺丝液放入给液装置中，调整喷头和结收装置距离为8cm，用金属膜做接受基质，开启高压电源，将电压控制在10kv，纺丝液从喷头喷出，在接收装置固化。用光学接触角测定仪测其浸润性，所得膜与水滴接触角为150°±3°，滚动角小于9°，电镜表明聚氯乙烯表面呈丝节交织的结构，其中丝的直径100nm～300nm，结为球形或梭形，直径在1～5μm。
实施例3
1500mgSG-5型聚氯乙烯溶于10ml四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂(1∶1∶1)(浓度为15wt％)，超声混匀，将纺丝液放入给液装置中，调整喷头和结收装置距离为20cm，用金属膜上加载玻璃做接受基质，开启高压电源，将电压控制在40kv，纺丝液从喷头喷出，在接收装置固化。用光学接触角测定仪测其浸润性，所得膜与水滴接触角为170°±2°，滚动角小于8°，电镜表明聚氯乙烯表面呈丝节交织的结构，其中丝的直径300nm～500nm，结为球形或梭形，直径在5～8μm。
实施例4
700mgSG-8型聚氯乙烯溶于10ml四氢呋喃和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中(THF∶DMF＝1∶1)(浓度为7wt％)，超声混匀，将纺丝液放入给液装置中，调整喷头和结收装置距离为8cm，用金属膜做接受基质，开启高压电源，将电压控制在35kv，纺丝液从喷头喷出，在接收装置固化。用光学接触角测定仪测其浸润性，所得膜与水滴接触角为156°±3°，滚动角小于9°，电镜表明聚氯乙烯表面呈丝节交织的结构，其中丝的直径100nm～300nm，结为球形或梭形，直径在1～5μm。
实施例5
600mg p-1800型聚氯乙烯溶于10ml四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂中(5∶5∶1)(浓度为6wt％)，超声混匀，将纺丝液放入给液装置中，调整喷头和结收装置距离为8cm，用金属膜做接受基质，开启高压电源，将电压控制在10kv，纺丝液从喷头喷出，在接收装置固化。用光学接触角测定仪测其浸润性，所得膜与水滴接触角为153°±3°，滚动角小于9°，电镜表明聚氯乙烯表面呈丝节交织的结构，其中丝的直径100nm～300nm，结为球形或梭形，直径在1～5μm。
实施例6
1200mg p-2500型聚氯乙烯溶于10ml四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂中(5∶3∶1)(浓度为12wt％)，超声混匀，将纺丝液放入给液装置中，调整喷头和结收装置距离为18cm，用金属膜做接受基质，开启高压电源，将电压控制在16kv，纺丝液从喷头喷出，在接收装置固化。用光学接触角测定仪测其浸润性，所得膜与水滴接触角为154°±2°，滚动角小于9°，电镜表明聚氯乙烯表面呈丝节交织的结构，其中丝的直径100nm～300nm，结为球形或梭形，直径在1～5μm。

Claims (9)

1.一种超疏水聚氯乙烯膜，其特征在于，表面为丝节交织的结构，所述丝的直径为100nm～500nm；所述结呈球状或梭形，直径为1μm～8μm，小球表面呈多孔结构；膜与水的接触角为150°～170°，水滴在材料表面接触角小于10°。
2.根据权利要求1所述的超疏水聚氯乙烯膜，其特征在于，聚氯乙烯的分子量为40000～150000。
3.一种制备超疏水聚氯乙烯膜的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)将聚氯乙烯溶于溶剂中，配成浓度为3～15wt％质量浓度的纺丝溶液，超声混匀；以及
2)将溶液装入纺丝装置的给液装置中，纺丝距离为8～20cm，纺丝电压为10～40kv，进行静电纺丝，在接收基质上得到固化的超疏水聚氯乙烯膜。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述聚氯乙烯的分子量为40000～150000。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，溶解聚氯乙烯的溶剂为四氢呋喃，四氢呋喃和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂，四氢呋喃与丙酮的混合溶剂，四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述四氢呋喃和N，N-二甲基甲酰胺的体积比为1∶1～5∶1；所述四氢呋喃与丙酮的体积比为1∶1～5∶1；四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的体积比为5∶5∶1～1∶1∶1。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述接收基质为金属膜，金属板，金属网，或在其上加载不导电的接收器。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，聚氯乙烯溶液浓度为7％～12％。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，纺丝距离为11～18cm，纺丝电压为16～35kv。
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