CN102848507A - 在聚偏氟乙烯基片上制备稳定超疏水表面的简单方法 - Google Patents
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Abstract
一种在聚偏氟乙烯（PVDF）基片上制备稳定超疏水表面的简单方法，它包括以下步骤：(1)将厚度为2mm，直径为20mm的圆片状PVDF基片表面使用标号为180~2000#的金相砂纸按照“8”字形的打磨路线，在5000-10000Pa的压强下手工打磨80~900次；然后使用无水乙醇清洗，自然风干后备用；(2)在室温下将打磨后洁净的PVDF基片在PFOTS含量为1wt%的无水乙醇溶液中浸泡2h，然后将样品取出，使用无水乙醇清洗表面，氮气吹干后即得到对水的静态接触角为159.0~165.0°，滚动角为2.0~5.0°的PVDF超疏水表面；本发明工艺过程简单，对加工设备要求低，对基片的尺寸也没有严格要求，所制备的PVDF超疏水表面稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种在聚偏氟乙烯基片上制备稳定超疏水表面的简单方法。
背景技术
超疏水表面是指对水的静态接触角大于150°，并且滚动角小于5°的固体表面，这类材料在工农业生产和人们的日常生活中都有着非常广阔的应用前景。例如，超疏水界面材料用于室外天线，可以防积雪，从而保证高质量信号的接收；涂在轮船的外壳、燃料储备箱，可以达到防污、防腐的效果；用于水中运输工具或水下核潜艇，可以减小水的阻力，提高行驶速度；用于微量注射器针尖，可以完全消除昂贵的样品在针尖的粘滞及由此带来的针尖污染；也可以用来修饰纺织品，做防水、防污服装。目前，制备超疏水表面一般采用两种方法，一种是在粗糙表面修饰低表面能物质，另一种是在疏水性表面构造粗糙结构。超疏水表面的制备方法主要有模板法、溶胶-凝胶法、相分离法、电纺法、刻蚀法、拉伸法、腐蚀法、化学气相沉积法、自组装及其他方法。但是这些制备方法存在成本高、工艺复杂、仪器昂贵等诸多缺陷，不适宜大规模生产。另外，超疏水表面稳定性差也是制约其广泛应用的一大因素。超疏水表面在户外使用时，不可避免的会遇到各种恶劣自然环境的侵蚀，如酸雨、严寒酷暑的温度变化、紫外线辐射等。开发各种具有耐久性好，性能稳定的超疏水表面也是目前该领域急需解决的关键技术问题。因此，急需开发在固体基材上制备稳定超疏水表面的简单方法。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种在聚偏氟乙烯基片上制备稳定超疏水表面的简单方法，它具有工艺简单，加工制造方便，产品性能稳定可靠的优点。
本发明是这样来实现的，一种在聚偏氟乙烯基片上制备稳定超疏水表面的简单方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：
(1) 将厚度为2 mm，直径为20 mm的圆片状PVDF基片表面使用标号为180~2000 #的金相砂纸按照“8”字形的打磨路线，在5000-10000 Pa的压强下手工打磨80~900次；然后使用无水乙醇清洗，自然风干后备用；
(2) 在室温下将打磨后洁净的PVDF基片在氟化试剂1H, 1H, 2H, 2H-全氟辛基三氯硅烷（PFOTS）含量为1 wt%的无水乙醇溶液中浸泡2 h，然后将样品取出，使用无水乙醇清洗表面，氮气吹干后即得到对水的静态接触角为159.0 ~165.0°，滚动角为2.0~5.0°的PVDF超疏水表面。
本发明的技术效果是：本发明提供的一种在聚偏氟乙烯基片上制备稳定超疏水表面的方法工艺过程简单，“一磨一泡”即可完成；此外，本发明制备的PVDF超疏水表面稳定性好，经超声波清洗，有机溶剂浸泡、无机物水溶液浸泡，高低温处理或加速紫外老化后表面超疏水性能稳定，对水的静态接触角为159.0 ~165.0°，滚动角为2.0~5.0°的PVDF超疏水表面。
附图说明
图1为未经任何处理的PVDF基片光滑表面上水滴的图片。
图2为实施例1中PVDF基片经过180#砂纸打磨，然后使用氟化试剂（PFOTS）处理后得到的超疏水表面上水滴的图片。
图3为实施例1中PVDF基片经过180#砂纸打磨，然后使用氟化试剂（PFOTS）处理后得到的超疏水表面与水的接触角图片。
具体实施方式
下面通过结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
(1) 将厚度为2 mm，直径为20 mm的圆片状PVDF基片表面使用标号为180#的金相砂纸按照“8”字形的打磨路线，在5000-6000 Pa的压强下手工打磨100次；然后使用无水乙醇清洗，自然风干后备用；
(2) 在室温下将打磨后洁净的PVDF基片在PFOTS含量为1 wt%的无水乙醇溶液中浸泡2 h，然后将样品取出，使用无水乙醇清洗表面，氮气吹干后即得到对水的静态接触角为162±1.7°，滚动角为4.2±0.5°的PVDF超疏水表面，如附图2和附图3；
(3) PVDF超疏水样品稳定性测试结果为：
在室温下将步骤（2）制备的样品分别浸入环己烷、丙酮、氯仿、甲苯、乙酸中放置2天，然后使用无水乙醇清洗表面，氮气吹干后测试其对水的静态接触角分别为163±1.4°、162±2.4°、162±1.7°、163±2.3°、163±1.6°，滚动角分别为3.2±0.3°、3.7±0.6°、4.2±0.4°、4.1±0.4°、2.7±0.4°；
使用低温冰箱将PVDF超疏水表面冷却至-30 ℃，然后自然恢复到室温，氮气吹干后测试其对水的静态接触角为163±0.8°，滚动角为3.1±0.3°；
加速紫外老化试验在紫外老化箱中进行，其条件为：箱内相对湿度为100%；箱内温度为50~60 ℃；所用紫外灯管功率为50 W，产生的紫外线波长为365 nm，紫外灯管数量为8根，老化时间为1 天。老化试验结束后将样品取出，自然冷却到室温，然后使用无水乙醇清洗表面，氮气吹干后测试其对水的静态接触角为162±0.5°，滚动角为2.8±0.4°。
实施例2
(1) 将厚度为2 mm，直径为20 mm的圆片状PVDF基片表面使用标号为200#的金相砂纸按照“8”字形的打磨路线，在5000-6000 Pa的压强下手工打磨200次；然后使用无水乙醇清洗，自然风干后备用；
(2) 在室温下将打磨后洁净的PVDF基片在PFOTS含量为1 wt%的无水乙醇溶液中浸泡2 h，然后将样品取出，使用无水乙醇清洗表面，氮气吹干后即得到对水的静态接触角为163±1.5°，滚动角为2.7±0.4°的PVDF超疏水表面；
(3) PVDF超疏水样品稳定性测试结果为：
在室温下将实施例2中的步骤（2）制备的样品分别浸入1 mol/L的盐酸、1 mol/L的硝酸、1 mol/L的氢氧化钠溶液、1 mol/L的氯化钠溶液和1 mol/L高锰酸钾溶液的中放置2天，然后使用无水乙醇清洗表面，氮气吹干后测试其对水的静态接触角分别为162±2.2°、162±2.1°、163±2.3°、162±2.1°、163±1.8°，滚动角分别为2.8±0.3°、3.5±0.4°、2.4±0.3°、2.8±0.4°、2.5±0.3°；
使用电热烘箱将PVDF超疏水表面加热至150 ℃，然后自然冷却到室温后测试其对水的静态接触角为161±2.1°，滚动角为2.3±0.3°；
加速紫外老化试验老化时间为2 天，其他条件和实施例1相同。老化试验结束后测试其对水的静态接触角为161±2.3°，滚动角为3.2±0.3°。
实施例3
(1) 将厚度为2 mm，直径为20 mm的圆片状PVDF基片表面使用标号为320#的金相砂纸按照“8”字形的打磨路线，在5000-6000 Pa的压强下手工打磨400次；然后使用无水乙醇清洗，自然风干后备用；
(2) 在室温下将打磨后洁净的PVDF基片在PFOTS含量为1 wt%的无水乙醇溶液中浸泡2 h，然后将样品取出，使用无水乙醇清洗表面，氮气吹干后即得到对水的静态接触角为164±2.2°，滚动角为3.4±0.4°的PVDF超疏水表面；
(3) PVDF超疏水样品稳定性测试结果为：
在室温下将实施例3中步骤（2）制备的样品分别浸入1 mol/L的盐酸、1 mol/L的硝酸、1 mol/L的氢氧化钠溶液、1 mol/L的氯化钠溶液和1 mol/L高锰酸钾溶液的中放置2天，然后使用无水乙醇清洗表面，氮气吹干后测试其对水的静态接触角分别为161±2.2°、163±2.5°、163±1.7°、162±2.1°、162±1.7°，滚动角分别为3.2±0.4°、3.4±0.2°、3.2±0.3°、2.8±0.3°、3.5±0.5°；
使用电热烘箱将PVDF超疏水表面加热至150 ℃，然后自然冷却到室温后测试其对水的静态接触角为163±2.7°，滚动角为3.3±0.4°；
加速紫外老化试验老化时间为4 天，其他条件和实施例1相同。老化试验结束后测试其对水的静态接触角为163±2.5°，滚动角为3.4±0.5°。
实施例4
(1) 将厚度为2 mm，直径为20 mm的圆片状PVDF基片表面使用标号为600#的金相砂纸按照“8”字形的打磨路线，在6000-7000 Pa的压强下手工打磨500次；然后使用无水乙醇清洗，自然风干后备用；
(2) 在室温下将打磨后洁净的PVDF基片在PFOTS含量为1 wt%的无水乙醇溶液中浸泡2 h，然后将样品取出，使用无水乙醇清洗表面，氮气吹干后即得到对水的静态接触角为161±3.2°，滚动角为4.4±0.7°的PVDF超疏水表面；
(3) PVDF超疏水样品稳定性测试结果为：
在室温下将实施例4中步骤（2）制备的样品分别浸入环己烷、丙酮、氯仿、甲苯、乙酸中放置2天，然后使用无水乙醇清洗表面，氮气吹干后测试其对水的静态接触角分别为162±2.4°、163±2.3°、161±2.4°、161±2.4°、162±1.5°，滚动角分别为2.9±0.3°、3.8±0.5°、3.9±0.4°、3.8±0.4°、3.5±0.4°；
使用电热烘箱将PVDF超疏水表面加热至150 ℃，然后自然冷却到室温后测试其对水的静态接触角为162±2.4°，滚动角为3.7±0.5；
加速紫外老化试验老化时间为6 天，其他条件和实施例1相同。老化试验结束后测试其对水的静态接触角为162±2.7°，滚动角为3.7±0.5°。
实施例5
(1) 将厚度为2 mm，直径为20 mm的圆片状PVDF基片表面使用标号为1000#的金相砂纸按照“8”字形的打磨路线，在7000-8000 Pa的压强下手工打磨800次；然后使用无水乙醇清洗，自然风干后备用；
(2) 在室温下将打磨后洁净的PVDF基片在PFOTS含量为1 wt%的无水乙醇溶液中浸泡2 h，然后将样品取出，使用无水乙醇清洗表面，氮气吹干后即得到对水的静态接触角为161±2.4°，滚动角为3.4±0.5°的PVDF超疏水表面；
(3) PVDF超疏水样品稳定性测试结果为：
在室温下将实施例5中步骤（2）制备的样品分别浸入环己烷、丙酮、氯仿、甲苯、乙酸中放置2天，然后使用无水乙醇清洗表面，氮气吹干后测试其对水的静态接触角分别为161±2.2°、162±3.4°、161±2.5°、162±2.7°、162±1.7°，滚动角分别为2.8±0.2°、3.8±0.7°、3.2±0.5°、3.4±0.3°、3.2±0.7°；
使用低温冰箱将PVDF超疏水表面冷却至-30 ℃，然后自然恢复到室温，氮气吹干表面后测试其对水的静态接触角为163±2.4°，滚动角为3.2±0.6；
加速紫外老化试验老化时间为6 天，其他条件和实施例1相同。老化试验结束后测试其对水的静态接触角为162±2.7°，滚动角为3.7±0.5°。
实施例6
(1) 将厚度为2 mm，直径为20 mm的圆片状PVDF基片表面使用标号为1500#的金相砂纸按照“8”字形的打磨路线，在8000-9000 Pa的压强下手工打磨1000次；然后使用无水乙醇清洗，自然风干后备用；
(2) 在室温下将打磨后洁净的PVDF基片在PFOTS含量为1 wt%的无水乙醇溶液中浸泡2 h，然后将样品取出，使用无水乙醇清洗表面，氮气吹干后即得到对水的静态接触角为162±1.7°，滚动角为3.3±0.3°的PVDF超疏水表面；
(3) PVDF超疏水样品稳定性测试结果为：
在室温下将实施例5中步骤（2）制备的样品分别浸入环己烷、丙酮、氯仿、甲苯、乙酸中放置2天，然后使用无水乙醇清洗表面，氮气吹干后测试其对水的静态接触角分别为162±1.6°、163±2.4°、162±1.7°、162±1.5°、163±1.7°，滚动角分别为2.8±0.4°、3.5±0.3°、3.3±0.4°、3.5±0.4°、3.1±0.7°；
使用低温冰箱将PVDF超疏水表面冷却至-30 ℃，然后自然恢复到室温，氮气吹干表面后测试其对水的静态接触角为162±1.7°，滚动角为2.8±0.5；
加速紫外老化试验老化时间为6 天，其他条件和实施例1相同。老化试验结束后测试其对水的静态接触角为162±1.7°，滚动角为3.4±0.5°。
实施例7
(1) 将厚度为2 mm，直径为20 mm的圆片状PVDF基片表面使用标号为2000#的金相砂纸按照“8”字形的打磨路线，在9000-10000 Pa的压强下手工打磨1000次；然后使用无水乙醇清洗，自然风干后备用；
(2) 在室温下将打磨后洁净的PVDF基片在PFOTS含量为1 wt%的无水乙醇溶液中浸泡2 h，然后将样品取出，使用无水乙醇清洗表面，氮气吹干后即得到对水的静态接触角为162±1.7°，滚动角为2.7±0.6°的PVDF超疏水表面；
(3) PVDF超疏水样品稳定性测试结果为：
在室温下将实施例7中步骤（2）制备的样品分别浸入环己烷、丙酮、氯仿、甲苯、乙酸中放置2天，然后使用无水乙醇清洗表面，氮气吹干后测试其对水的静态接触角分别为163±2.3°、162±1.7°、163±1.8°、162±1.7°、162±1.5°，滚动角分别为3.3±0.7°、2.9±0.7°、3.4±0.5°、2.7±0.5°、3.1±0.4°；
使用电热烘箱将PVDF超疏水表面加热至150 ℃，然后自然冷却到室温后测试其对水的静态接触角为163±2.2°，滚动角为3.7±0.6；
加速紫外老化试验老化时间为6 天，其他条件和实施例1相同。老化试验结束后测试其对水的静态接触角为163±2.7°，滚动角为3.4±0.7°。
Claims (1)
1.一种在聚偏氟乙烯基片上制备稳定超疏水表面的简单方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：
(1) 将厚度为2 mm，直径为20 mm的圆片状PVDF基片表面使用标号为180~2000 #的金相砂纸按照“8”字形的打磨路线，在5000-10000 Pa的压强下手工打磨80~900次；然后使用无水乙醇清洗，自然风干后备用；
(2) 在室温下将打磨后洁净的PVDF基片在PFOTS含量为1 wt%的无水乙醇溶液中浸泡2 h，然后将样品取出，使用无水乙醇清洗表面，氮气吹干后即得到对水的静态接触角为159.0 ~165.0°，滚动角为2.0~5.0°的PVDF超疏水表面。
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