CN109536006A - 一种聚砜超疏水表面的制备方法 - Google Patents

一种聚砜超疏水表面的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚砜超疏水材料的制备方法，所述的方法为：取聚砜颗粒溶于有机溶剂中，持续均匀得到聚砜溶液，然后向所述聚砜溶液中滴加聚砜的不良溶剂，持续搅拌形成透明或者半透明的溶液；将所述透明或者半透明的溶液相转化形成聚砜微纳米颗粒，然后将所述的聚砜微纳米颗粒分散于醇类溶剂中，得到聚砜超疏水涂料；将粘连剂或者聚合物材料配置成粘结液，将基底材料浸泡于所述的粘结液中取出后浸泡于述的聚砜超疏水涂料中，取出干燥得到聚砜超疏水表面。本发明简单快捷地实现了聚砜材料的超疏水化，使廉价的聚砜材料在超疏水表面防腐蚀、自清洁、油水分离等邻域展现出了巨大的应用前景，因此具有良好的商业价值。

Description

一种聚砜超疏水表面的制备方法
技术领域
本发明属于超疏水功能材料技术领域，具体涉及到一种聚砜超疏水表面的制备方法。
背景技术
超疏水材料因其特殊的表面结构和化学组成，在表面防冰冻、防腐蚀、抗雾气、自清洁和油水分离等领域展现出的巨大应用价值，引起了人们的广泛关注。目前，制备超疏水表面过程中通常都需要有低表面能物质的参与，例如含氟类物质、有机硅烷等；这些材料不仅价格昂贵，而且氟原子对于人体和环境都具有不利影响。因此，拓展超疏水领域材料库，开发廉价、安全的超疏水材料，简化制备工艺，是当前超疏水表面研究的重点。
聚砜作为一种具有良好的溶解性能的常见热塑性树脂，具有极大的工业应用价值。此外，聚砜化学性质稳定，除了强氧化剂、卤代烃外，对一般酸、碱、盐溶液具有很强的耐受性。综合以上两点，选择聚砜作为制备超疏水表面的原料，从经济成本以及扩大生产方面具有较大的优势。但是由于聚砜原料本身的疏水性能不强，目前利用聚砜为原料制备超疏水材料的研究中，通常需要添加一些低表面能物质，例如碳纳米管(CNT)、含氟有机硅烷、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚苯胺(PAni)等，以提高最终表面的疏水性。此外，现有的聚砜超疏水材料的制备方法主要是静电纺丝与热喷涂技术，这两种方法对设备的要求都比较高，并不适合大规模的应用。
发明内容
本发明的目的在于使用廉价的聚砜材料，通过改进的自乳化/溶剂扩散法，制备聚砜超疏水微纳米颗粒，并通过浸渍涂覆法将聚砜超疏水微纳米颗粒涂覆于各种基底，形成超疏水表面。
本发明所采用的技术方案为：
一种聚砜超疏水表面的制备方法，其特征在于：所述的制备方法按照如下步骤进行：
(1)取颗粒大小为2-3mm的聚砜颗粒，溶解于有机溶剂中，持续搅拌2-12小时，得到浓度为3wt％-20wt％的聚砜溶液；
(2)在持续搅拌条件下，向所述聚砜溶液中滴加聚砜的不良溶剂，然后持续搅拌3-6小时，保证溶液中物质分散均匀，形成透明或者半透明的溶液；
(3)将步骤(2)所述透明或者半透明的溶液加入到快速搅拌的水中，相转化形成聚砜微纳米颗粒，持续搅拌3-6小时至相转化完全，得到聚砜微纳米颗粒悬浮液，经离心、清洗、干燥得到聚砜超疏水微纳米颗粒，然后将所述的聚砜超疏水微纳米颗粒分散于醇类溶剂中，得到浓度为1～10g/L的聚砜超疏水涂料；所述水的体积至少为所述的透明或者半透明溶液体积的3倍；
(4)将粘连剂或者聚合物材料溶解于丙酮或乙醇中，配置成浓度为1wt％-10wt％的粘结液；所述的粘连剂为α-氰基丙烯酸乙酯、虫胶、石蜡；所述的聚合物材料为聚氨酯(PU)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂；所述的虫胶或石蜡在80℃的乙醇中进行溶解；
(5)将基底材料浸泡于步骤(4)所述的粘结液中1-2分钟后取出，然后浸泡于步骤(3)所述的聚砜超疏水涂料中1-2分钟取出，在40℃-80℃的烘箱中干燥得到聚砜超疏水表面。
进一步，步骤(1)中，所述的有机溶剂可以为N，N-二甲基甲酰胺、甲苯、二氯甲烷、N-甲基吡咯烷酮中的一种或者任意几种的混合溶剂。
进一步，步骤(2)中，所述的不良溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇中的一种。
进一步，步骤(2)中，所述不良溶液的加入量以所述聚砜溶液的体积计为0.1～0.3ml/ml。
进一步，步骤(3)中，所述相转化中搅拌速度为500rad/min～2000rad/min。
进一步，步骤(3)中，所述的干燥温度为30℃～60℃。
进一步，步骤(3)中，所述的离心速率为5000-8000rad/min。
进一步，步骤(3)中，所述的清洗过程为：所述的聚砜超疏水微纳米颗粒依次用水和乙醇进行超声清洗。
进一步，步骤(3)中，所述的醇类溶剂优选为甲醇或乙醇。
进一步，步骤(5)中，所述的基底为定性滤纸、玻璃片、陶瓷板、塑料板、金属板、金属丝网或聚氨酯泡沫。
再进一步，步骤(5)中，所述的基体需要超声清洗。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明中使用的聚砜为常见的聚合物树脂材料，具有廉价、无毒、物理化学性能稳定等特点。该方法在不经过任何低表面能物质修饰、不涉及静电纺丝等复杂工艺的情况下，能够简单快捷地制备具有超疏水性能的聚砜微纳米颗粒作为涂料涂覆于各类基体表面，构造超疏水表面，在表面自清洁、抗冰冻、油水分离等领域具有巨大潜力。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的聚砜微纳米颗粒表面形貌SEM图。
图2为本发明实施制备的聚砜超疏水表面的水接触角测试图；a是亚甲基蓝溶液在聚砜超疏水表面测试图，b，c是水接触角测试图。
图3为本发明实施例制备聚砜超疏水表面的自清洁效果示意图。
图4是本发明实施例2制备的聚砜微纳米颗粒表面形貌SEM图。
图5是本发明实施例2制备的聚砜微纳米颗粒表面的稳定性；图a为聚砜微纳米颗粒表面对HCl溶液的稳定性图，b为聚砜微纳米颗粒表面对NaOH溶液的稳定性图，c为聚砜微纳米颗粒表面对NaCl溶液的稳定性图。
具体实施方式
下面结合具体实施过程对本发明进行详细的说明。以下所述,是本发明的较佳实施例，因此不能以此限定本发明实施的范围,即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰,皆应仍属本发明涵盖的范围内。
实施例1：
(1)取1g聚砜颗粒，溶解于30ml有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，持续搅拌3小时，得到充分溶解的聚砜溶液；
(2)在持续搅拌条件下，向上述溶液中滴加聚砜的不良溶剂乙醇，滴加5ml后形成半透明的溶液，持续搅拌3小时，保证溶液中物质分散均匀；
(3)将上述溶液加入到100ml快速搅拌的水中，搅拌速度为2000rad/min，相转化形成聚砜微纳米颗粒，持续搅拌3小时使相转化完全，5000rad/min速率下离心分离后利用50ml水、50ml乙醇各离心清洗一遍，之后在60℃烘箱中干燥得到聚砜超疏水微纳米颗粒，然后按1wt％质量浓度分散于乙醇中，作为聚砜超疏水涂料备用；
(4)将常用粘连剂速干胶502(α-氰基丙烯酸乙酯)溶解于丙酮中，形成10wt％浓度的溶液，作为粘连剂备用；
(5)将表面清洗干净后的玻璃片浸泡于粘连剂溶液中1分钟，然后取出，重新浸泡于聚砜超疏水涂料中1分钟，取出后在80℃的烘箱中干燥得到聚砜超疏水表面。
得到的聚砜超疏水表面形貌如图1所示，该表面具有粗糙的微纳米结构，具备了良好的超疏水性能，其最大静态接触角达到了153°，滚动接触角为8°，水滴在该表面自动成球形，并且在外力扰动下可以快速从表面滚落，如图2所示。
为了进一步检验制备得到的超疏水表面的疏水性能，进行了表面自清洁实验。如图3所示首先将涂覆有聚砜超疏水表面的玻璃片按照大约15°的角度倾斜放置于玻璃培养皿中。将不同性质的污染物(疏水性Fe3O4纳米颗粒、亲水性碳纳米纤维CNF、活性炭颗粒、染料活性艳红X-3B)置于超疏水表面，然后用亚甲基蓝溶液冲洗超疏水表面，将表面上的污染物带走。结果显示，该超疏水表面对亲水性物质具有良好的自清洁性能，对于疏水性纳米颗粒，水冲洗后会有部分颗粒吸附在超疏水表面，但是这部分残余颗粒可以通过气冲的方法从表面吹落。
实施例2:
(1)取1g聚砜颗粒，溶解于30ml有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，持续搅拌3小时，得到充分溶解的聚砜溶液。
(2)在持续搅拌条件下，向上述溶液中滴加聚砜的不良溶剂乙醇，滴加5ml后形成半透明的溶液。持续搅拌3小时，保证溶液中物质分散均匀。
(3)将上述溶液加入到100ml搅拌速率为2000rad/min的水中，相转化形成聚砜微纳米颗粒，持续搅拌3小时使相转化完全。5000rad/min速率下离心分离后利用50ml水、50ml乙醇各离心清洗一遍，之后在60℃的烘箱中干燥得到聚砜超疏水微纳米颗粒。之后按1wt％质量浓度分散于乙醇中，作为聚砜超疏水涂料备用。
(4)将常用聚合物热塑性聚氨酯弹性体溶解于丙酮中，形成10wt％浓度的溶液，作为粘连剂备用。
(5)将表面清洗干净后的玻璃片基底浸泡于粘连剂溶液中1分钟，然后取出，重新浸泡于聚砜超疏水涂料中1分钟，取出后在80℃的烘箱中干燥得到聚砜超疏水表面，扫描电镜图如图4所示。
通过以上方法制备的超疏水表面具有良好的酸碱、盐溶液的稳定性。将涂覆有聚砜超疏水表面的玻璃片分别浸渍到浓度为1mol/L的HCl、NaOH、NaCl溶液中，24小时后取出，表面形貌以及疏水性能都没有明显变化，结果如图5所示。主要原因是超疏水表面中吸附了很多空气，在水与聚砜表面之间形成了一层气膜，阻碍聚砜表面与水的接触。

Claims (10)

1.一种聚砜超疏水表面的制备方法，其特征在于：所述的制备方法按照如下步骤进行：
(1)取颗粒大小为2-3mm的聚砜颗粒，溶解于有机溶剂中，持续搅拌2-12小时，得到浓度为3wt％-20wt％的聚砜溶液；
(2)在持续搅拌条件下，向所述聚砜溶液中滴加聚砜的不良溶剂，然后持续搅拌3-6小时，形成透明或者半透明的溶液；
(3)将步骤(2)所述透明或者半透明的溶液加入到快速搅拌的水中，相转化形成聚砜微纳米颗粒，持续搅拌3-6小时至相转化完全，得到聚砜微纳米颗粒悬浮液，经离心、清洗、干燥得到聚砜超疏水微纳米颗粒，然后将所述的聚砜超疏水微纳米颗粒分散于醇类溶剂中，得到浓度为1～10g/L的聚砜超疏水涂料；所述水的体积至少为所述的透明或者半透明溶液体积的3倍；
(4)将粘连剂或者聚合物材料溶解于丙酮或乙醇中，配置成浓度为1wt％-10wt％的粘结液；所述的粘连剂为α-氰基丙烯酸乙酯、虫胶、石蜡；所述的聚合物材料为聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂；所述的虫胶或石蜡在80℃的乙醇中进行溶解；
(5)将基底材料浸泡于步骤(4)所述的粘结液中1-2分钟后取出，然后浸泡于步骤(3)所述的聚砜超疏水涂料中1-2分钟取出，在40℃-80℃下干燥得到聚砜超疏水表面。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、甲苯、二氯甲烷、N-甲基吡咯烷酮中的一种或者任意几种的混合溶剂。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的不良溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇中的一种。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述不良溶液的加入量以所述聚砜溶液的体积计为0.1～0.3ml/ml。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述相转化中搅拌速度为500rad/min～2000rad/min。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的清洗过程为：所述的聚砜超疏水微纳米颗粒依次用水和乙醇进行超声清洗。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的干燥温度为30℃～60℃。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的醇类溶剂为甲醇或乙醇。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，所述的基底为定性滤纸、玻璃片、陶瓷板、塑料板、金属板、金属丝网或聚氨酯泡沫。
10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，所述的基体需要超声清洗。
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