CN104292494A - 一种超疏水聚氯乙烯薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超疏水聚氯乙烯薄膜的制备方法，首先称取一定量聚氯乙烯粉末并将其溶解于溶剂中，形成浓度为10-200g/L的聚氯乙烯溶液；然后将氢氧化铝粉末添加于聚氯乙烯溶液中，搅拌30分钟后，将添加了氢氧化铝粉末的聚氯乙烯溶液流延在干净的玻璃或陶瓷基底上，在相对湿度为60-75%、温度为80-120℃的环境下干燥5-10小时，得到含有氢氧化铝粉末的聚氯乙烯薄膜；再将含有氢氧化铝粉末的聚氯乙烯薄膜在盐酸溶液中浸泡10-20小时，便可得到超疏水聚氯乙烯薄膜。与现有技术相比，本发明的超疏水聚氯乙烯薄膜的制备方法工艺简单、成本低廉，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，尤其涉及一种超疏水聚氯乙烯薄膜的制备方法。
背景技术
聚氯乙烯薄膜具有优异的难燃性、耐磨性、抗化学腐蚀性、透明性和阻隔性等特点，在工业、建筑、农业、日常生活、包装、电力、公用事业等领域均有广泛应用，已经成为应用最广泛的塑料薄膜品种之一。然而，目前市场上所有聚氯乙烯薄膜与水的接触角通常小于100o，其表面不具备自清洁性，防污能力也欠佳。
近年来，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中有着非常广阔的应用前景。
很显然，如果赋予聚氯乙烯薄膜超疏水性无疑会大大提高其自清洁性、防污性、抑菌防霉性等，这必将会使聚氯乙烯薄膜的应用范围得到进一步的拓宽。因此，超疏水聚氯乙烯薄膜的制备在近年格外受到关注，目前已经报道超疏水聚氯乙烯薄膜的制备方法主要有微相分离法、电纺法、模板法等，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氯乙烯薄膜的产业化，因此，要使超疏水聚氯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氯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氯乙烯薄膜。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种超疏水聚氯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氯乙烯粉末并将其溶解于溶剂中，形成浓度为10-200g/L的聚氯乙烯溶液；
（2）将氢氧化铝粉末添加于聚氯乙烯溶液中，搅拌30分钟使氢氧化铝粉末均匀分散于聚氯乙烯溶液中；
（3）将添加了氢氧化铝粉末的聚氯乙烯溶液流延在干净的玻璃或陶瓷基底上，在相对湿度为60-75%、温度为80-120℃的环境下干燥5-10小时，得到含有氢氧化铝粉末的聚氯乙烯薄膜；
（4）将含有氢氧化铝粉末的聚氯乙烯薄膜在盐酸溶液中浸泡10-20小时溶解去除聚氯乙烯薄膜中的氢氧化铝，便可得到超疏水聚氯乙烯薄膜。
按上述制备方法所得超疏水聚氯乙烯薄膜接触角范围在156-160o之间，滚动角范围在1-5o之间。
上述制备步骤(1)中所述溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的一种或N，N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃以任意比例组成的混合物。
上述制备步骤(2)-(4)中所述氢氧化铝粉末由粒径范围为1-10μm的微米级氢氧化铝和粒径范围为10-100nm的纳米级氢氧化铝两种粒径粉末组成，微米级和纳米级氢氧化铝粉末添加到聚氯乙烯溶液中的质量分别为聚氯乙烯质量的8-15%和15-20%。
上述制备步骤(2)中所述搅拌速度为500-1500转/分钟。
上述制备步骤(4)中所述含有氢氧化铝粉末的聚氯乙烯薄膜在盐酸溶液中浸泡的温度为20-50℃，所述盐酸溶液的浓度为0.1-1mol/L。
与现有技术相比，本发明的超疏水聚氯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获得的超疏水聚氯乙烯薄膜的接触角测试图；
图2. 本发明实施例2获得的超疏水聚氯乙烯薄膜的接触角测试图；
图3. 本发明实施例3获得的超疏水聚氯乙烯薄膜的接触角测试图；
图4. 本发明实施例4获得的超疏水聚氯乙烯薄膜的接触角测试图；
图5. 本发明实施例5获得的超疏水聚氯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10克聚氯乙烯粉末并将其溶解于1升N，N-二甲基甲酰胺中,形成浓度为10g/L的聚氯乙烯溶液；然后将2.3克氢氧化铝粉末(由0.8克粒径范围为1-10μm的微米级氢氧化铝粉末和1.5克粒径范围为10-100nm的纳米级氢氧化铝粉末组成)添加于聚氯乙烯溶液中，以500转/分钟的速度搅拌30分钟使氢氧化铝粉末均匀分散于聚氯乙烯溶液中；再将添加了氢氧化铝粉末的聚氯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80℃的环境下干燥5小时，得到含有氢氧化铝粉末的聚氯乙烯薄膜；然后将含有氢氧化铝粉末的聚氯乙烯薄膜在0.1mol/L盐酸溶液中于50℃浸泡10小时溶解去除聚氯乙烯薄膜中的氢氧化铝，便得到超疏水聚氯乙烯薄膜,所得超疏水聚氯乙烯薄膜接触角为156o（如图1所示），滚动角为5o。
实施例2
首先称取200克聚氯乙烯粉末并将其溶解于1升四氢呋喃中,形成浓度为200g/L的聚氯乙烯溶液；然后将70克氢氧化铝粉末(由30克粒径范围为1-10μm的微米级氢氧化铝和45克粒径范围为10-100nm的纳米级氢氧化铝两种粒径粉末组成)添加于聚氯乙烯溶液中，以1500转/分钟的速度搅拌30分钟使氢氧化铝粉末均匀分散于聚氯乙烯溶液中；再将添加了氢氧化铝粉末的聚氯乙烯溶液流延在干净的陶瓷基底上，在相对湿度为75%、温度为120℃的环境下干燥10小时，得到含有氢氧化铝粉末的聚氯乙烯薄膜；然后将含有氢氧化铝粉末的聚氯乙烯薄膜在1mol/L盐酸溶液中于20℃浸泡20小时溶解去除聚氯乙烯薄膜中的氢氧化铝，便得到超疏水聚氯乙烯薄膜；所得超疏水聚氯乙烯薄膜接触角为160o（如图2所示），滚动角为1o。
实施例3
首先称取20克聚氯乙烯粉末并将其溶解于1升四氢呋喃和N，N-二甲基甲酰胺组成的混合溶剂（四氢呋喃和N，N-二甲基甲酰胺的体积比为1：1）中,形成浓度为20g/L的聚氯乙烯溶液；然后将5.2克氢氧化铝粉末(由2克粒径范围为1-10μm的微米级氢氧化铝和3.2克粒径范围为10-100nm的纳米级氢氧化铝两种粒径粉末组成)添加于聚氯乙烯溶液中，以800转/分钟的速度搅拌30分钟使氢氧化铝粉末均匀分散于聚氯乙烯溶液中；再将添加了氢氧化铝粉末的聚氯乙烯溶液流延在干净的玻璃基底上，在相对湿度为65%、温度为90℃的环境下干燥8小时，得到含有氢氧化铝粉末的聚氯乙烯薄膜；然后将含有氢氧化铝粉末的聚氯乙烯薄膜在0.5mol/L盐酸溶液中于30℃浸泡15小时溶解去除聚氯乙烯薄膜中的氢氧化铝，便得到超疏水聚氯乙烯薄膜；所得超疏水聚氯乙烯薄膜接触角为158o（如图3所示），滚动角为3o。
实施例4
首先称取100克聚氯乙烯粉末并将其溶解于1升四氢呋喃和N，N-二甲基甲酰胺组成的混合溶剂（四氢呋喃和N，N-二甲基甲酰胺的体积比为1：3）中,形成浓度为100g/L的聚氯乙烯溶液；然后将27克氢氧化铝粉末(由12克粒径范围为1-10μm的微米级氢氧化铝和15克粒径范围为10-100nm的纳米级氢氧化铝两种粒径粉末组成)添加于聚氯乙烯溶液中，以1200转/分钟的速度搅拌30分钟使氢氧化铝粉末均匀分散于聚氯乙烯溶液中；再将添加了氢氧化铝粉末的聚氯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110℃的环境下干燥9小时，得到含有氢氧化铝粉末的聚氯乙烯薄膜；然后将含有氢氧化铝粉末的聚氯乙烯薄膜在0.8mol/L盐酸溶液中于40℃浸泡18小时溶解去除聚氯乙烯薄膜中的氢氧化铝，便得到超疏水聚氯乙烯薄膜；所得超疏水聚氯乙烯薄膜接触角为158o（如图4所示），滚动角为3o。
实施例5
首先称取150克聚氯乙烯粉末并将其溶解于1升四氢呋喃和N，N-二甲基甲酰胺组成的混合溶剂（四氢呋喃和N，N-二甲基甲酰胺的体积比为1：5）中,形成浓度为150g/L的聚氯乙烯溶液；然后将45克氢氧化铝粉末(由15克粒径范围为1-10μm的微米级氢氧化铝和30克粒径范围为10-100nm的纳米级氢氧化铝两种粒径粉末组成)添加于聚氯乙烯溶液中，以1300转/分钟的速度搅拌30分钟使氢氧化铝粉末均匀分散于聚氯乙烯溶液中；再将添加了氢氧化铝粉末的聚氯乙烯溶液流延在干净的玻璃基底上，在相对湿度为65%、温度为120℃的环境下干燥8小时，得到含有氢氧化铝粉末的聚氯乙烯薄膜；然后将含有氢氧化铝粉末的聚氯乙烯薄膜在0.9mol/L盐酸溶液中于50℃浸泡15小时溶解去除聚氯乙烯薄膜中的氢氧化铝，便得到超疏水聚氯乙烯薄膜。所得超疏水聚氯乙烯薄膜接触角为157o（如图5所示），滚动角为2o。
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 (5)
1.一种超疏水聚氯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氯乙烯粉末并将其溶解于溶剂中，形成浓度为10-200g/L的聚氯乙烯溶液；
（2）将氢氧化铝粉末添加于聚氯乙烯溶液中，搅拌30分钟使氢氧化铝粉末均匀分散于聚氯乙烯溶液中；
（3）将添加了氢氧化铝粉末的聚氯乙烯溶液流延在干净的玻璃或陶瓷基底上，在相对湿度为60-75%、温度为80-120℃的环境下干燥5-10小时，得到含有氢氧化铝粉末的聚氯乙烯薄膜；
（4）将含有氢氧化铝粉末的聚氯乙烯薄膜在盐酸溶液中浸泡10-20小时溶解去除聚氯乙烯薄膜中的氢氧化铝，便可得到超疏水聚氯乙烯薄膜；所述超疏水聚氯乙烯薄膜接触角范围在156-160o之间，滚动角范围在1-5o之间。
2.如权利要求1所述的一种超疏水聚氯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、四氢呋喃中的一种或N，N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃以任意比例组成的混合物。
3.如权利要求1所述的一种超疏水聚氯乙烯薄膜的制备方法，其特征在于，制备步骤(2)-(4)中所述氢氧化铝粉末由粒径范围为1-10μm的微米级氢氧化铝和粒径范围为10-100nm的纳米级氢氧化铝两种粒径粉末组成，微米级和纳米级氢氧化铝粉末添加到聚氯乙烯溶液中的质量分别为聚氯乙烯质量的8-15%和15-20%。
4.如权利要求1所述的一种超疏水聚氯乙烯薄膜的制备方法，其特征在于，制备步骤(2)中所述搅拌速度为500-1500转/分钟。
5.如权利要求1所述的一种超疏水聚氯乙烯薄膜的制备方法，其特征在于，制备步骤(4)中所述含有氢氧化铝粉末的聚氯乙烯薄膜在盐酸溶液中浸泡的温度为20-50℃，所述盐酸溶液的浓度为0.1-1mol/L。
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