CN102675728B - 一种超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超疏水复合材料技术领域，特别涉及超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜及其制备方法。本发明通过在聚丙烯溶液中添加纳米二氧化钛，得到的聚丙烯/二氧化钛复合薄膜，无需任何低表面能修饰，该薄膜表面具有超疏水性能。
Description
技术领域
本发明涉及超疏水复合材料技术领域，特别涉及一种超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜及其制备方法。
背景技术
材料表面的润湿性取决于材料的表面化学性质和微观结构；所谓超疏水表面是指与水的接触角大于150°的表面，滚动角小于10°；由于其在防水、防雾、防雪、防污染、抗粘连、抗氧化、防腐蚀和自清洁以及防止电流传导等方面具有广泛的应用前景，受到材料科学研究者的广泛关注；制备超疏水表面通常有两种途径：一种是在疏水性材料表面构造出合适的粗糙度；另一种是在具有合适粗糙度的材料表面用低表面能（如含氟或含硅的材料）的化学物质进行修饰。
聚丙烯具有无毒、无味、密度低、易结晶等特点，化学性质稳定，耐酸碱性，且室温下不溶于任何有机溶剂；由于其良好的结构稳定性、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，使得聚丙烯在工业、农业以及日常生活中被广泛使用；如果能够赋予聚丙烯表面超疏水性，将可以进一步拓宽其应用领域。
目前，制备超疏水表面的主要方法有模板法、印刷法、化学沉积法、自组装法、化学刻蚀法等；但这些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，要么与基础的界面结合强度低，大大制约了超疏水表面的实际应用；因此，发明一种方便、高效、低成本的制备技术，制备出具有界面结合强度较高的超疏水表面是非常必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜及其制备方法。本发明通过在聚丙烯溶液中添加纳米二氧化钛，得到的聚丙烯/二氧化钛复合薄膜，无需任何低表面能修饰，该薄膜表面具有超疏水性能。
一种超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜，其特征在于：所述复合薄膜表面为类花瓣结构，这种类花瓣状物质的直径为0.5~1微米，且彼此相连，形成一种类网状结构，网孔的直径为0.2 ~2微米。
上述的超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜，其特征在于：类花瓣状物质的上面分布着纳米凸体。
上述的超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜，其特征在于：所述复合薄膜表面与水滴的接触角在162~169o之间，水滴在聚丙烯/二氧化钛复合薄膜表面的滚动角小于4o。
上述的超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜，其特征在于：所述复合薄膜表面对pH在1~14范围内的液滴均呈现出良好的超疏水性能，其接触角均保持在160o以上。
上述的超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜，其特征在于：所述复合薄膜表面的超疏水性质稳定，在温度范围为5~35℃、相对湿度为20~60%的环境中放置一年，超疏水性质没有发生变化。
本发明的超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜表面的制备方法包括以下步骤：
首先，将纳米二氧化钛加入到浓度为3~5mg/mL的十二烷基苯磺酸钠水溶液中，超声分散后，过滤，烘干，得到预处理好的纳米二氧化钛。
称取等规聚丙烯颗粒加入到二甲苯中，将温度升至120~140℃，在磁力搅拌下溶液，形成浓度为20~60mg/mL的聚丙烯溶液；往聚丙烯溶液中加入为聚丙烯质量5%~30%的预处理后的纳米二氧化钛，搅拌均匀；采用流延法将添加二氧化钛的聚丙烯溶液流布在玻片上，干燥后所得白色薄膜即为超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜。
附图说明
图1 实施例1制备的超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜表面的接触角照片；
图2 实施例1制备的超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜表面的SEM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，将纳米二氧化钛加入到浓度为4mg/mL的十二烷基苯磺酸钠水溶液中，超声分散30分钟后，过滤，烘干，得到预处理好的纳米二氧化钛；然后称取0.3g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20mg/mL的聚丙烯溶液；往聚丙烯溶液中加入为聚丙烯质量15%的上述预处理后的纳米二氧化钛，并快速搅拌；采用流延法将添加二氧化钛的聚丙烯溶液流布在玻片上，干燥后所得白色薄膜即为超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜。
参见图1，采用OCAH200接触角测试仪测试该聚丙烯/二氧化钛复合薄膜表面的润湿性，结果表明该表面与水的接触角为169o，滚动角小于4o。
采用JSM-7001F热场发射扫描电子显微镜对聚丙烯/二氧化钛复合薄膜表面形貌进行了观察，发现该聚丙烯/二氧化钛复合薄膜表面是类花瓣状的微纳米复合结构，如图2。
采用OCAH200接触角测试仪测试pH值为1的液滴与实施例1制备的聚丙烯/二氧化钛复合薄膜表面的润湿性，结果表明该表面与pH值为1的液滴的接触角为165o，滚动角小于4o。
采用OCAH200接触角测试仪测试pH值为14的液滴与实施例1制备的聚丙烯/二氧化钛复合薄膜表面的润湿性，结果表明该表面与pH值为14的液滴的接触角为163o，滚动角小于4o。
将实施例1制备的聚丙烯/二氧化钛复合薄膜在温度为10℃、相对湿度为60%的环境中放置一年，再用OCAH200接触角测试仪测试该表面的润湿性，结果表明该表面与水的接触角为168o，滚动角小于4o。
实施例2
首先，将纳米二氧化钛加入到浓度为3mg/mL的十二烷基苯磺酸钠水溶液中，超声分散30分钟后，过滤，烘干，得到预处理好的纳米二氧化钛；然后称取0.3g的等规聚丙烯颗粒加入到二甲苯中，将温度升至135℃，在磁力搅拌下溶液，形成浓度为20mg/mL的聚丙烯溶液；往聚丙烯溶液中加入为聚丙烯质量5%的上述预处理后的纳米二氧化钛，并快速搅拌；采用流延法将添加二氧化钛的聚丙烯溶液流布在玻片上，干燥后所得白色薄膜即为超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜。
采用OCAH200接触角测试仪测试该聚丙烯/二氧化钛复合薄膜表面的润湿性，结果表明该表面与水的接触角为162o，滚动角小于4o。
采用JSM-7001F热场发射扫描电子显微镜对聚丙烯/二氧化钛复合薄膜表面形貌进行了观察，发现该聚丙烯/二氧化钛复合薄膜表面是类花瓣状的微纳米复合结构。
采用OCAH200接触角测试仪测试pH值为5的液滴与实施例2制备的聚丙烯/二氧化钛复合薄膜表面的润湿性，结果表明该表面与pH值为5的液滴的接触角为162o，滚动角小于4o。
采用OCAH200接触角测试仪测试pH值为12的液滴与实施例2制备的聚丙烯/二氧化钛复合薄膜表面的润湿性，结果表明该表面与pH值为12的液滴的接触角为161o，滚动角小于4o。
将实施例2制备的聚丙烯/二氧化钛复合薄膜在温度范围为35℃、相对湿度为30%的环境中放置一年，再用OCAH200接触角测试仪测试该表面的润湿性，结果表明该表面与水的接触角为162o，滚动角小于4o。
实施例3
首先，将纳米二氧化钛加入到浓度为4mg/mL的十二烷基苯磺酸钠水溶液中，超声分散30分钟后，过滤，烘干，得到预处理好的纳米二氧化钛；然后称取0.3g的等规聚丙烯颗粒加入到二甲苯中，将温度升至140℃，在磁力搅拌下溶液，形成浓度为20mg/mL的聚丙烯溶液；往聚丙烯溶液中加入为聚丙烯质量20%的上述预处理后的纳米二氧化钛，并快速搅拌；采用流延法将添加二氧化钛的聚丙烯溶液流布在玻片上，干燥后所得白色薄膜即为超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜。
采用OCAH200接触角测试仪测试该聚丙烯/二氧化钛复合薄膜表面的润湿性，结果表明该表面与水的接触角为166o，滚动角小于4o。
采用JSM-7001F热场发射扫描电子显微镜对聚丙烯/二氧化钛复合薄膜表面形貌进行了观察，发现该聚丙烯/二氧化钛复合薄膜表面是类花瓣状的微纳米复合结构。
采用OCAH200接触角测试仪测试pH值为3的液滴与实施例3制备的聚丙烯/二氧化钛复合薄膜表面的润湿性，结果表明该表面与pH值为3的液滴的接触角为164o，滚动角小于4o。
采用OCAH200接触角测试仪测试pH值为10的液滴与实施例3制备的聚丙烯/二氧化钛复合薄膜表面的润湿性，结果表明该表面与pH值为10的液滴的接触角为165o，滚动角小于4o。
将实施例3制备的聚丙烯/二氧化钛复合薄膜在温度范围为25℃、相对湿度为40%的环境中放置一年，再用OCAH200接触角测试仪测试该表面的润湿性，结果表明该表面与水的接触角为166o，滚动角小于4o。
Claims (4)
1.一种超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜，其特征在于：所述复合薄膜表面为类花瓣结构，这种类花瓣状物质的直径为0.5~1微米，且彼此相连，形成一种类网状结构，网孔的直径为0.2 ~2微米；所述复合薄膜的表面对pH在1~14范围内的液滴均呈现出良好的超疏水性能，其接触角均保持在160o以上；所述复合薄膜的表面的超疏水性质稳定，在温度范围为5~35℃、相对湿度为20~60%的环境中放置一年，超疏水性质没有发生变化；所述复合薄膜采用如下方法制备：首先，将纳米二氧化钛加入到浓度为3~5mg/mL的十二烷基苯磺酸钠水溶液中，超声分散后，过滤，烘干，得到预处理好的纳米二氧化钛；称取等规聚丙烯颗粒加入到二甲苯中，将温度升至120~140℃，在磁力搅拌下溶解，形成浓度为20~60mg/mL的聚丙烯溶液；往聚丙烯溶液中加入为聚丙烯质量5%~30%的预处理后的纳米二氧化钛，搅拌均匀；采用流延法将添加二氧化钛的聚丙烯溶液流布在玻片上，干燥后所得白色薄膜即为超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜。
2.如权利要求1所述的一种超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜，其特征在于：所述类花瓣状物质的上面分布着纳米凸体。
3.如权利要求1所述的一种超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜，其特征在于：所述复合薄膜的表面与水滴的接触角在162~169o之间，水滴在聚丙烯/二氧化钛复合薄膜表面的滚动角小于4o。
4.如权利要求1所述的一种超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
首先，将纳米二氧化钛加入到浓度为3~5mg/mL的十二烷基苯磺酸钠水溶液中，超声分散后，过滤，烘干，得到预处理好的纳米二氧化钛；称取等规聚丙烯颗粒加入到二甲苯中，将温度升至120~140℃，在磁力搅拌下溶解，形成浓度为20~60mg/mL的聚丙烯溶液；往聚丙烯溶液中加入为聚丙烯质量5%~30%的预处理后的纳米二氧化钛，搅拌均匀；采用流延法将添加二氧化钛的聚丙烯溶液流布在玻片上，干燥后所得白色薄膜即为超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜。
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