CN112126148A - 一种超疏水材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超疏水材料及其制备方法。将可膨胀微球或其与改性二氧化硅的混合物与EVA混合，混合均匀；使用单螺杆挤出机，在70‑90℃的温度范围内，用挤出法热切得到可膨胀微球复合母粒；塑料树脂中添加可膨胀微球复合母粒，通过挤出、注塑、压延或吹塑方法制得超疏水材料。本发明制备得到的超疏水材料表面具有高疏水性能，耐久性强，同时可以大大减轻材料重量。采用本发明制备的母粒可以用于提高材料的疏水性能，具体表现在防污、防水、防雾、放冰冻、自清洁和液体的无损耗传输等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐久性的低密度超疏水材料的制备方法，属于有机高分子化合物技术领域。
背景技术
高疏水材料的发展使其在人们的日常生活和工农业生产中有着越来越广泛地应用，具体表现在防污、防水、防雾、防冰冻、自清洁和液体的无损耗传输等一些领域，因此各种类型的高疏水材料的制备引起了人们的广泛关注，有着广泛的应用前景。
超疏水表面是指与水的静态接触角大于150°，滚动角小于10°的表面。根据已有的对粗糙表面与浸润性的研究结果，构造超疏水性界面可以通过两种途径来完成：一种是在疏水材料(接触角大于90°)表面构建粗糙结构；另一种是在粗糙表面修饰低表面能物质。
研究表明，即使使用表面能最低的氟硅烷自组装修饰的光滑固体表面与水的接触角也不能超过120°，这说明低表面能材料是制备超疏水材料的基本条件，而具有不同微纳米阶层复合结构才是决定性因素。目前已涌现出各种超疏水界面的制备方法，主要有模板法、溶胶-凝胶法、相分离法、静电纺丝、电化学法以及水热法等。但多数方法所采用的原料或设备比较昂贵，或制备条件苛刻、费时费力，难以形成规模化的生产，限制了它们的广泛应用。采用简单、省时省力的方法来制备出低成本、超疏水塑料制品成为超疏水高分子材料研究及应用的关键。
CN109251345A专利中公开了一种耐久性的超亲水或超疏水塑料表面及其制备方法，该方法需要用到激光刻蚀仪，增加了生产成本，并且需要涂敷烘干来回操作，步骤繁琐。CN106423769A公布了一种针对有机玻璃制备的超疏水超疏油抗污涂层，但是水接触角只有130°左右，没有达到超疏水状态，同时只进行了简单的抗磨性实验，没有耐久性的测试说明。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有的超疏水材料存在的超疏水表面层易脱落而导致失去疏水性能，以及生产工艺复杂的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种超疏水材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：将可膨胀微球或其与改性二氧化硅的混合物与EVA混合，混合均匀；
步骤2)：使用单螺杆挤出机，在70-90℃的温度范围内，用挤出法热切得到可膨胀微球复合母粒；
步骤3)：每100质量份塑料树脂中添加2-20质量份的可膨胀微球复合母粒，通过挤出、注塑、压延或吹塑方法制得超疏水材料。
优选地，所述步骤1)中还可添加润滑剂。
更优选地，所述的润滑剂为石蜡、氯化石蜡、硬脂酸和EBS蜡中的至少一种。
更优选地，所述润滑剂的添加量为可膨胀微球或其与改性二氧化硅混合物与EVA的总质量的2-4％。
优选地，所述步骤1)中可膨胀微球或其与改性二氧化硅的混合物与EVA的质量比为1：1。
优选地，所述步骤1)中的可膨胀微球为聚合物形成的壳体中内包作为芯剂的挥发性膨胀剂；所述的改性二氧化硅为全氟烷烃丙烯酸酯聚合物改性的二氧化硅。
更优选地，所述的壳体由聚合性单体的混合物聚合而成，所述的聚合性单体为丙烯腈、丙烯酸酯类单体、丙烯酰胺类单体和丙烯酸类单体中的至少一种。
根据塑料树脂的加工温度选用的合适发泡温度的可膨胀微球，要求在可膨胀微球的起发温度和最大发泡温度区间范围内，塑料树脂呈熔融态且不分解。
优选地，所述步骤1)中的可膨胀微球单独与EVA混合，或者将可膨胀微球与改性二氧化硅以(1-1.5)：1的质量比混合后再与EVA混合。
优选地，所述步骤3)中的塑料树脂为TPE、LDPE、PBT、ABS、PP或HDPE。
本发明还提供了上述超疏水材料的制备方法制得的超疏水材料。
本发明制备得到的超疏水材料表面具有高疏水性能，耐久性强，同时可以大大减轻材料重量。将可膨胀微球复合母粒添加至塑料树脂中进行注塑得到的制品中改性剂是包含在塑料树脂中而不是在表面的涂敷改性，避免了改性层脱落的问题。采用本发明制备的可膨胀微球复合母粒可以用于提高材料的疏水性能，具体表现在防污、防水、防雾、防冰冻、自清洁和液体的无损耗传输等领域。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)可膨胀微球为物理发泡剂，受热膨胀可以增加固体表面的粗糙度，当液滴与粗糙表面接触时，由于表面张力的作用使得液滴无法渗入到粗糙表面的内部而是架在粗糙的微观结构和微观结构的气孔之上。
(2)二氧化硅颗粒的加入可以增加塑料表面的粗糙度从而增加表面疏水性。
(3)润滑剂可以促进可膨胀微球和二氧化硅颗粒在塑料树脂中的分散。
(4)将可膨胀微球、二氧化硅和润滑剂混合通过单螺杆挤出机在一定工艺条件下进行造粒，得到规整的功能性母粒，与现有改性技术相比简化了工艺流程。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。
实施例1-3中采用的可膨胀微球为快思瑞科技(上海)有限公司的微球干粉DU180、DU608或DU260。其中，DU180粒径在25μm-35μm，起发温度在135-145℃，最大发泡温度在185-195℃；DU608粒径在25μm-45μm，起发温度在120-145℃，最大发泡温度在190-200℃；DU260粒径在8μm-15μm，起发温度在200-220℃，最大发泡温度在255-265℃。
实施例1
超疏水HDPE材料的制备方法包括如下步骤：
第一步：将可膨胀微球DU260和EVA按照1：1的质量比在混合机中预混20min。
第二步：在预混好的物料加入4wt％的EBS蜡混合，再加入至单螺杆挤出机中，在80℃条件下挤出造粒，得到功能性母粒。
第三步：在HDPE塑料树脂中加入4wt％的上述功能性母粒，在注塑机中进行注塑实验，得到5mm哑铃状注塑件。
对比例1
用HDPE塑料树脂直接在注塑机中进行注塑实验，得到5mm哑铃状注塑件。
实施例2
超疏水LDPE材料的制备方法包括如下步骤：
第一步：将可膨胀微球DU608和EVA按照1：1的质量比在混合机中预混20min。
第二步：在预混好的物料加入4wt％的EBS蜡混合，再加入至单螺杆挤出机中，在80℃条件下挤出造粒，得到功能性母粒。
第三步：在LDPE塑料树脂中加入4wt％的上述功能性母粒，在注塑机中进行注塑实验，得到5mm哑铃状注塑件。
对比例2
用LDPE塑料树脂直接在注塑机中进行注塑实验，得到5mm哑铃状注塑件。
实施例3
超疏水PP材料的制备方法包括如下步骤：
第一步：将可膨胀微球DU180和EVA按照1：1的质量比在混合机中预混20min。
第二步：在预混好的物料加入4wt％的EBS蜡混合，再加入至单螺杆挤出机中，在80℃条件下挤出造粒，得到功能性母粒。
第三步：在PP塑料树脂中加入4wt％的上述功能性母粒，在注塑机中进行注塑实验，得到5mm哑铃状注塑件。
对比例3
用PP塑料树脂直接在注塑机中进行注塑实验，得到5mm哑铃状注塑件。
为了更好的说明实施例所得材料的疏水性能和其他性能的改善，对其进行以下性能的测试：接触角、密度、拉伸、弯曲和悬臂梁缺口冲击测试。测试结果如表1所示。
表1
由表1可知，与未添加可膨胀微球母粒的HDPE、LDPE、PP制品相比，添加可膨胀微球母粒后，HDPE、LDPE、PP制品的接触角均显著提高，因此防污、防水、防雾、防冰冻、自清洁得以改善。与此同时，添加可膨胀微球母粒后，HDPE、LDPE、PP制品的密度显著下降，与未添加可膨胀微球母粒的HDPE、LDPE、PP制品相比，添加可膨胀微球母粒后，HDPE、LDPE、PP制品密度降比分别为12.79％、7.66％、9.85％，明显减轻了制品质量。此外，因为可膨胀微球复合母粒和塑料树脂是混合后共同注塑得到的制品，所以制品不存在疏水层脱落的问题。
Claims (10)
1.一种超疏水材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：将可膨胀微球或其与改性二氧化硅的混合物与EVA混合，混合均匀；
步骤2)：使用单螺杆挤出机，在70-90℃的温度范围内，用挤出法热切得到可膨胀微球复合母粒；
步骤3)：每100质量份塑料树脂中添加2-20质量份的可膨胀微球复合母粒，通过挤出、注塑、压延或吹塑方法制得超疏水材料。
2.如权利要求1所述的超疏水材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中还可添加润滑剂。
3.如权利要求2所述的超疏水材料的制备方法，其特征在于，所述的润滑剂为石蜡、氯化石蜡、硬脂酸和EBS蜡中的至少一种。
4.如权利要求2所述的超疏水材料的制备方法，其特征在于，所述润滑剂的添加量为可膨胀微球或其与改性二氧化硅的混合物与EVA的总质量的2-4％。
5.如权利要求1-4任意一项所述的超疏水材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中可膨胀微球或其与改性二氧化硅的混合物与EVA的质量比为1：1。
6.如权利要求1所述的超疏水材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的可膨胀微球为聚合物形成的壳体中内包作为芯剂的挥发性膨胀剂；所述的改性二氧化硅为全氟烷烃丙烯酸酯聚合物改性的二氧化硅。
7.如权利要求6所述的超疏水材料的制备方法，其特征在于，所述的壳体由聚合性单体的混合物聚合而成，所述的聚合性单体为丙烯腈、丙烯酸酯类单体、丙烯酰胺类单体和丙烯酸类单体中的至少一种。
8.如权利要求1所述的超疏水材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的可膨胀微球单独与EVA混合，或者将可膨胀微球与改性二氧化硅以(1-1.5)：1的质量比混合后再与EVA混合。
9.如权利要求1所述的超疏水材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中的塑料树脂为TPE、LDPE、PBT、ABS、PP或HDPE。
10.权利要求1-9任意一项所述的超疏水材料的制备方法制得的超疏水材料。
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