CN104072792B - 一种超疏水聚四氟乙烯薄膜 - Google Patents

一种超疏水聚四氟乙烯薄膜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超疏水聚四氟乙烯薄膜，它是将PTFE乳液15‑40份、超纯水40‑54份、醋酸锌8 ‑25份、氯化钠或氯化钾1‑20份，搅拌均匀，在基底上采用浸涂法制膜，干燥后，360‑380℃煅烧20‑40分钟，1mol/L醋酸溶液浸泡30分钟，得到的超疏水聚四氟乙烯薄膜，接触角为150.5o‑155.6o，滚动角小于30o。一种超疏水聚四氟乙烯薄膜疏水性降低时，用0.5‑1.5mol/L醋酸溶液洗涤20‑40分钟，即可修复。本发明生产方法简单，易于规模化生产、超疏水表面具有高耐磨性和高耐候性，且能再修复和反复使用等优点。

Description

一种超疏水聚四氟乙烯薄膜
技术领域
本发明属有机化工领域，具体涉及一种超疏水聚四氟乙烯薄膜及其制备方法。
背景技术
超疏水表面是指水的静态接触角大于150度，滚动角小于10度的特殊表面，在工程上来讲，滚动角小于30度的都具有类似于滚动角小于10度的应用价值。所以这里的超疏水薄膜实际上就是工程上具有应用价值的，静态接触角大于150度，滚动角小于30度的超疏水表面。它的主要特点是自洁和防水，同时表现出防腐蚀防污的特点。在自然界具有代表性的超疏水表面是“荷叶”，荷叶的表面由微米-纳米复合结构和低表面（石蜡）组成。目前，利用涂料技术可以构造无机-有机高分子复合材料，具有较好的超疏水性能和力学性能，如无机微米-纳米和环氧树脂基的超疏水涂料，无机-微米纳米复合结构与聚酯和聚氨酯基的超疏水涂料等。超疏水涂料主要缺点：1、耐候性差：主要是使用固体填料较多，树脂较少。同时控制树脂中亲水基团的量，导致涂料的抗紫外老化性能差，使用寿命时间短。2、耐磨损性差：现有的超疏水涂料交联密度较低，导致效果不佳。
虽然可以利用热转印技术获得塑料超疏水薄膜，但仍存在因转印引起的薄膜变形，透明性下降、耐候性（特别是紫外老化）、耐磨损性能差和生产成本高，使用时间长疏水性降低。
聚四氟乙烯薄膜用于电容器介质，作导线绝缘，电器仪表绝缘，密封衬垫。聚四氟乙烯多孔薄膜主要用于水处理等。但聚四氟乙烯薄膜疏水性能较差（静态水接触角在130度左右，无法滚动）。
随着城市现代化建设和发展的需求，石油和天然气等管道内壁防腐蚀、风电叶片防结冰、电力防结冰等领域对超疏水自洁表面的需求越来越迫切。
发明内容
本发明旨在解决塑料超疏水薄膜转印引起的薄膜变形，透明性下降、耐候性及耐磨损性能差和生产成本高的问题，而提供一种耐候性及耐磨损性能强、超疏水性可修复的、生产成本低的超疏水聚四氟乙烯薄膜。
一种超疏水聚四氟乙烯薄膜，它是由下述方法制成，该方法包括：
1）超疏水薄膜的制膜液：取质量份为：PTFE乳液15-40份、纯水40-54份、醋酸锌8 -25份、氯化钠或氯化钾1-20份，搅拌均匀；
2）将制膜液浸涂在基底上，温度不超过100℃干燥；
3）360-380℃煅烧20-40分钟；
4）0.5-1.5mol/L醋酸溶液浸泡20-40分钟；
5）从基底上揭下交联固化的聚四氟乙烯薄膜；
所述的质量份为：PTFE乳液15-40份、纯水40-54份、醋酸锌8 -12份、氯化钠或氯化钾16-20份；
所述的质量份为：PTFE乳液40份、纯水40份、醋酸锌10份、NaCl 10份；
所述的质量份为：PTFE乳液17份、纯水49份、醋酸锌17份、NaCl 17份；
所述的质量份为：PTFE乳液18份、纯水54份、醋酸锌8份、NaCl 1份；
所述的质量份为：PTFE乳液15份、纯水45份、醋酸锌25份、KCl 15份；
步骤1）中搅拌前先用纯水溶解醋酸锌、氯化钠或氯化钾；
步骤3所述的煅烧为30分钟；
步骤4）所述的浸泡为30分钟；
步骤4）所述的醋酸溶液为1mol/L。
一种超疏水聚四氟乙烯薄膜的再修复方法， 上述一种超疏水聚四氟乙烯薄膜疏水性降低时，用0.5-1.5mol/L醋酸溶液洗涤1-40分钟；
所述的洗涤时间为30分钟。
本发明利用相分离原理，在PTFE乳液中添加醋酸锌 Zn(CH3COO)2[Zn(Ac)2）]、氯盐，获得具有微米和纳米结构的聚四氟乙烯，通过醋酸腐蚀，得到微米-纳米结构的多孔聚四氟乙烯薄膜，克服了构造聚合物微米-纳米复合结构的技术难题，具有方法简单，易于规模化生产、超疏水表面耐磨性好，且能再修复和反复使用等优点。
本发明所述的基底，满足以下条件：（1）不粘接聚四氟乙烯；（2）可以承受400摄氏度的高温且不变形，不大量出气（污染聚四氟乙烯）和锈蚀。如玻璃、陶瓷、部分金属（铝、钛、铜等）。
本发明提供了一种超疏水聚四氟乙烯薄膜，它是将PTFE乳液15-40份、超纯水40-54份、醋酸锌8 -25份、氯化钠或氯化钾1-20份，搅拌均匀，在基底上采用浸涂法制膜，干燥后，360-380℃煅烧20-40分钟，1mol/L醋酸溶液浸泡30分钟，得到的，接触角 150.5-155.6o，滚动角小于30o。一种超疏水聚四氟乙烯薄膜疏水性降低时，用0.5-1.5mol/L醋酸溶液洗涤20-40分钟，即可修复。本发明生产方法简单，易于规模化生产、超疏水表面具有高耐磨性和高耐候性，且能再修复和反复使用等优点。
附图说明
图1为生产本发明超疏水聚四氟乙烯薄膜的流程图；
图2为本发明超疏水聚四氟乙烯薄膜扫描电镜照片(低倍数)；
图3为本发明超疏水聚四氟乙烯薄膜扫描电镜照片照片(5万倍，显示了纳米多孔的表面和结构)。
具体实施方式
实施例1
一种超疏水聚四氟乙烯薄膜的制备方法包括如下步骤，所述的配方比例按重量份计：
（1）超疏水薄膜的制膜液制备：称取40份PTFE乳液、40份超纯水、10份Zn(Ac)2、10份NaCl在常温下混合搅拌1个小时后，得到均相溶液。
（2）将制膜液采用浸涂法涂在载玻片上，在烘箱中100℃干燥20分钟，再放入马弗炉370℃煅烧30分钟；最后，将所制得的薄膜在1mol/L的醋酸溶液中浸泡30分钟，即得产品—聚超疏水聚四氟乙烯薄膜。
测得超疏水聚四氟乙烯薄膜的接触角为150.5o，滚动角大于20o小于30度。
实施例2
一种超疏水聚四氟乙烯薄膜的制备方法，包括如下步骤，所述的配方比例按重量份计：
（1）超疏水薄膜的制膜液制备：称取17份PTFE乳液、49份超纯水、17份Zn(Ac)2、17份NaCl在常温下混合搅拌1个小时后，得到均相溶液。
（2）将制膜液采用浸涂法涂在载玻片上，在烘箱中80℃干燥30分钟，再放入马弗炉380℃煅烧30分钟。最后，将所制得的薄膜在1mol/L的醋酸溶液中浸泡30分钟，即得产品-聚超疏水聚四氟乙烯薄膜。
测得超疏水聚四氟乙烯薄膜的接触角为155.6o，滚动角为4o。
实施例3
一种超疏水聚四氟乙烯薄膜的制备方法，包括如下步骤，所述的配方比例按重量份计：
（1）超疏水薄膜的制膜液制备：称取18份PTFE乳液、54份超纯水、8份Zn(Ac)2、1份KCl在常温下混合搅拌0.5个小时后，得到均相溶液。
（2）将制膜液采用浸涂法涂在载玻片上，在烘箱中80℃干燥20分钟，再放入马弗炉360℃煅烧30分钟；最后，将所制得的薄膜在1mol/L的醋酸溶液中浸泡30分钟，即得产品-聚超疏水聚四氟乙烯薄膜。
测得超疏水聚四氟乙烯薄膜的接触角为153.9o，滚动角大于20o小于30度。
实施例4
一种超疏水聚四氟乙烯薄膜的制备方法，包括如下步骤，所述的配方比例按重量份计：
（1）超疏水薄膜的制膜液制备：称取15份PTFE乳液、45份超纯水、25份Zn(Ac)2、15份NaCl在常温下混合搅拌1个小时后，得到均相溶液。（2）将制膜液采用浸涂法涂在载玻片上，在烘箱中100℃干燥30分钟，再放入马弗炉370℃煅烧30分钟；最后，将所制得的薄膜在1mol/L的醋酸溶液中浸泡30分钟，即得产品-聚超疏水聚四氟乙烯薄膜。
测得超疏水聚四氟乙烯薄膜的接触角为151.2o，滚动角为11.3o。
实施例5
一种超疏水聚四氟乙烯薄膜的再修复方法，实施例1-4制备的一种超疏水聚四氟乙烯薄膜疏水性降低时，用0.5-1.5mol/L醋酸溶液洗涤1-40分钟；所述的洗涤时间为30分钟。可恢复超疏水性。

Claims (10)

1.一种超疏水聚四氟乙烯薄膜，它是由下述方法制成，该方法包括：
1）超疏水薄膜的制膜液：取质量份为：PTFE乳液15-40份、纯水40-54份、醋酸锌8 -25份、氯化钠或氯化钾1-20份，搅拌均匀；
2）将制膜液浸涂在基底上，温度不超过100℃干燥；
3）360-380℃煅烧20-40分钟；
4）0.5-1.5mol/L醋酸溶液浸泡20-40分钟；
5）从基底上揭下交联固化的聚四氟乙烯薄膜；
所述的基底为玻璃、陶瓷、铝、钛或铜。
2.根据权利要求1所述的一种超疏水聚四氟乙烯薄膜，其特征在于：所述的质量份为：PTFE乳液15-40份、纯水40-54份、醋酸锌8 -12份、氯化钠或氯化钾16-20份。
3.根据权利要求1所述的一种超疏水聚四氟乙烯薄膜，其特征在于：所述的质量份为：PTFE乳液40份、纯水40份、醋酸锌10份、NaCl 10份。
4.根据权利要求1所述的一种超疏水聚四氟乙烯薄膜，其特征在于：所述的质量份为：PTFE乳液17份、纯水49份、醋酸锌17份、NaCl 17份。
5.根据权利要求1所述的一种超疏水聚四氟乙烯薄膜，其特征在于：所述的质量份为：PTFE乳液18份、纯水54份、醋酸锌8份、NaCl 1份。
6.根据权利要求1所述的一种超疏水聚四氟乙烯薄膜，其特征在于：所述的质量份为：PTFE乳液15份、纯水45份、醋酸锌25份、KCl 15份。
7.根据权利要求1或2所述的一种超疏水聚四氟乙烯薄膜，其特征在于：步骤1）中搅拌前先用纯水溶解醋酸锌、氯化钠或氯化钾。
8.根据权利要求7所述的一种超疏水聚四氟乙烯薄膜，其特征在于：步骤3所述的煅烧为30分钟；步骤4）所述的浸泡为30分钟；步骤4）所述的醋酸溶液为1mol/L。
9.权利要求1所述的一种超疏水聚四氟乙烯薄膜的再修复方法，所述的超疏水聚四氟乙烯薄膜疏水性降低时，用0.5-1.5mol/L醋酸溶液洗涤1-40分钟。
10.如权利要求9所述的再修复方法，其特征在于：洗涤时间为30分钟。
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