CN103601902A - 一种多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的制备方法，其制备方法是首先称取一定量的聚苯乙烯颗粒并将其溶解于溶剂中,形成浓度为1-100g/L的聚苯乙烯溶液；然后将致孔剂添加于聚苯乙烯溶液中，搅拌20分钟使致孔剂均匀分散于聚苯乙烯溶液中；再将添加了致孔剂的聚苯乙烯溶液流延在干净的玻璃或陶瓷基底上，在相对湿度为50-70%、温度为60-80℃的环境下干燥24-36小时，便得到多孔超疏水聚苯乙烯薄膜，与现有技术相比，本发明的多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的制备方法工艺简单可控、成本低廉、无需任何昂贵设备与材料，具有很好的产业化前景。
Description
技术领域
本发明属于超疏水薄膜制备技术领域,尤其涉及一种多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的制备方法。
背景技术
润湿性是固体材料表面的重要性质，近年来，受荷叶效应的启发，与水接触角大于150o的超疏水材料引起了广泛的关注。超疏水材料的典型特征是：水滴和污水等液体在超疏水材料表面通常呈球形，液体在超疏水材料表面难以稳定存留，只要倾斜一个很小的角度或在微风或轻微外力的作用下，液体便会从超疏水材料表面快速滚落，滚落的同时带走材料表面的灰尘等污染物，从而起到自清洁的作用；将超疏水材料长期浸泡于水中不会有任何水滴渗透，且拿出来后其表面不会粘留任何水滴，具有极强的防水和阻水能力，这些独特的性质使超疏水材料表面可以长期保持干净和干燥，不仅能长期保持包装材料的美观，还能起到防水、防潮、抑菌防霉（因为大多数微生物的生长繁殖和新陈代谢等生理活动都需要一定的水分）等作用，另外，一些以水为介质的腐蚀、微量元素物质迁移等现象也可得到较大程度的抑制，这些独特的性质使得超疏水材料在工农业和日常生活有着非常广阔的应用前景。
聚苯乙烯薄膜是一种重要的高分子材料，在包装、日常生活等各领域中均有广泛的应用，然而，普通的聚苯乙烯薄膜与水的接触角通常小于110o，其表面不具备自清洁性，防污能力也欠佳。很显然，如果赋予聚苯乙烯薄膜超疏水性无疑会大大提高其自清洁性、防污性、防水性、抑菌防霉性以及抗腐蚀性等，这必将会使聚苯乙烯薄膜的应用范围得到进一步的拓宽。因此，超疏水聚苯乙烯薄膜的制备在近10年受到广泛的关注，目前已经报道超疏水聚苯乙烯薄膜的制备方法主要有电纺法、模板法、微相分离法等，然而，这些方法仍存在要么成本高、要么工艺可控性和稳定性差、要么所需仪器设备昂贵等缺陷，这些缺陷制约了超疏水聚苯乙烯薄膜的产业化，因此，要使超疏水聚苯乙烯薄膜真正得到大规模的应用，发明一种工艺简单可控、成本低廉而又易于产业化的方法制备超疏水聚苯乙烯薄膜是非常有必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一工艺简单可控、成本低廉而又易于产业化的方法制备超疏水聚苯乙烯薄膜。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）首先称取一定量的聚苯乙烯颗粒并将其溶解于溶剂中,形成浓度为1-100g/L的聚苯乙烯溶液；
（2）将致孔剂添加于聚苯乙烯溶液中，搅拌20分钟使致孔剂均匀分散于聚苯乙烯溶液中；
（3）将添加了致孔剂的聚苯乙烯溶液流延在干净的玻璃或陶瓷基底上，在相对湿度为50-70%、温度为60-80℃的环境下干燥24-36小时，便得到多孔超疏水聚苯乙烯薄膜。
上述制备步骤(1)中所述溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、三氯甲烷中的一种或N，N-二甲基甲酰胺与三氯甲烷以任意比例组成的混合物。
上述制备步骤(2)-(3)中所述致孔剂为碳酸铵和乙酸胺以(2-3):1的质量比组成的混合物；所述致孔剂在聚苯乙烯溶液中的添加量为聚苯乙烯质量的10-20%。
采用上述制备方法获得的多孔超疏水聚乙烯薄膜的接触角范围在150-158o之间，滚动角范围在3-9o之间。
采用上述制备方法获得的多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的孔径分布范围在0.3-15μm之间，平均孔径范围为0.8-2μm之间。
与现有技术相比，本发明的多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的制备方法工艺简单可控、成本低廉、无需任何昂贵设备与材料，具有很好的产业化前景，适合大规模工业化生产。
附图说明：
图1. 本发明实施例1获得的多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的扫描电镜图；
图2. 本发明实施例1获得的多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的接触角测试图；
图3. 本发明实施例2获得的多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的接触角测试图；
图4. 本发明实施例3获得的多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的接触角测试图；
图5. 本发明实施例4获得的多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的接触角测试图。
具体实施方式：
下面结合本发明的具体实施例和附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1：
首先称取1克聚苯乙烯颗粒并将其溶解于1升N，N-二甲基甲酰胺中,形成浓度为1g/L的聚苯乙烯溶液；然后将致孔剂(0.075克碳酸铵与0.025克乙酸胺组成的混合物)添加于聚苯乙烯溶液中，搅拌20分钟使致孔剂均匀分散于聚苯乙烯溶液中；再将添加了致孔剂的聚苯乙烯溶液流延在干净的玻璃基底上，在相对湿度为50%、温度为60℃的环境下干燥24小时，便得到多孔超疏水聚苯乙烯薄膜（如图1所示），所得多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的孔径分布范围在0.5-10μm之间，平均孔径为2μm，用OCA20 接触角测试仪测试该薄膜表面的润湿性，结果表明该薄膜与水的接触角为151o（如图2所示），滚动角为9o。
实施例2：
首先称取100克聚苯乙烯颗粒并将其溶解于1升三氯甲烷中,形成浓度为100g/L的聚苯乙烯溶液；然后将致孔剂(15克碳酸铵和5克乙酸胺组成的混合物)添加于聚苯乙烯溶液中，搅拌20分钟使致孔剂均匀分散于聚苯乙烯溶液中；再将添加了致孔剂的聚苯乙烯溶液流延在干净的陶瓷基底上，在相对湿度为70%、温度为80℃的环境下干燥36小时，便得到多孔超疏水聚苯乙烯薄膜，所得多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的孔径分布范围在0.3-15μm之间，平均孔径为1μm；用OCA20 接触角测试仪测试该薄膜表面的润湿性，结果表明该薄膜与水的接触角为158o（如图3所示），滚动角为3o。
实施例3：
首先称取80克聚苯乙烯颗粒并将其溶解于1升由N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷组成的混合溶剂中（N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷的组成比例为1：1）,形成浓度为80g/L的聚苯乙烯溶液；然后将致孔剂(8克碳酸铵和4克乙酸胺组成的混合物)添加于聚苯乙烯溶液中，搅拌20分钟使致孔剂均匀分散于聚苯乙烯溶液中；再将添加了致孔剂的聚苯乙烯溶液流延在干净的玻璃基底上，在相对湿度为60%、温度为70℃的环境下干燥30小时，便得到多孔超疏水聚苯乙烯薄膜，所得多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的孔径分布范围在0.5-10μm之间，平均孔径为1.8μm，用OCA20 接触角测试仪测试该薄膜表面的润湿性，结果表明该薄膜与水的接触角为155o（如图4所示），滚动角为4o。
实施例4：
首先称取50克聚苯乙烯颗粒并将其溶解于1升由N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷组成的混合溶剂中（N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷的组成比例为2：1）,形成浓度为50g/L的聚苯乙烯溶液；然后将致孔剂(7.5克碳酸铵和2.5乙酸胺组成的混合物)添加于聚苯乙烯溶液中，搅拌20分钟使致孔剂均匀分散于聚苯乙烯溶液中；再将添加了致孔剂的聚苯乙烯溶液流延在干净的陶瓷基底上，在相对湿度为55%、温度为75℃的环境下干燥28小时，便得到多孔超疏水聚苯乙烯薄膜，所得多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的孔径分布范围在0.5-3μm之间，平均孔径为0.8μm，用OCA20 接触角测试仪测试该薄膜表面的润湿性，结果表明该薄膜与水的接触角为153o（如图5所示），滚动角为5o。
实施例5：
首先称取20克聚苯乙烯颗粒并将其溶解于1升由N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷组成的混合溶剂中（N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷的组成比例为1：2）,形成浓度为20g/L的聚苯乙烯溶液；然后将致孔剂(1.5克碳酸铵和0.5克乙酸胺组成的混合物)添加于聚苯乙烯溶液中，搅拌20分钟使致孔剂均匀分散于聚苯乙烯溶液中；再将添加了致孔剂的聚苯乙烯溶液流延在干净的陶瓷基底上，在相对湿度为65%、温度为65℃的环境下干燥35小时，便得到多孔超疏水聚苯乙烯薄膜，所得多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的孔径分布范围在0.3-8μm之间，平均孔径范围为1μm，用OCA20 接触角测试仪测试该薄膜表面的润湿性，结果表明该薄膜与水的接触角为156o，滚动角为3o。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (4)
1.一种多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
（1）首先称取一定量的聚苯乙烯颗粒并将其溶解于溶剂中,形成浓度为1-100g/L的聚苯乙烯溶液；
（2）将致孔剂添加于聚苯乙烯溶液中，搅拌20分钟使致孔剂均匀分散于聚苯乙烯溶液中；
（3）将添加了致孔剂的聚苯乙烯溶液流延在干净的玻璃或陶瓷基底上，在相对湿度为50-70%、温度为60-80℃的环境下干燥24-36小时，便得到多孔超疏水聚苯乙烯薄膜。
2.如权利要求1所述的多孔超疏水聚乙烯薄膜接触角范围在150-158o之间，滚动角范围在3-9o之间；所述多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的孔径分布范围在0.3-15μm之间，平均孔径范围为0.8-2μm之间。
3.如权利要求1所述的一种多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的制备方法，其特征在于，制备步骤(1)中所述溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、三氯甲烷中的一种或N，N-二甲基甲酰胺与三氯甲烷以任意比例组成的混合物。
4.如权利要求1所述的一种多孔超疏水聚苯乙烯薄膜的制备方法，其特征在于，制备步骤(2)-(3)中所述致孔剂为碳酸铵和乙酸胺以(2-3):1的质量比组成的混合物；所述致孔剂在聚苯乙烯溶液中的添加量为聚苯乙烯质量的10-20%。
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| CN105482139A (zh) * | 2016-01-18 | 2016-04-13 | 浙江工业大学 | 一种具有均匀孔径的聚苯乙烯多孔薄膜材料的制备方法 |
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