CN101723601A

CN101723601A - 一种超疏水表面的制备方法

Info

Publication number: CN101723601A
Application number: CN200810225360A
Authority: CN
Inventors: 马英
Original assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2010-06-09

Abstract

本发明提供了一种超疏水表面的制备方法。首先将聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液，浸涂在基底材料上，溶剂挥发后在基底表面形成沉积层，然后将基底材料和沉积层一起在环己烷中进行浸泡处理，经过干燥，在基底材料表面形成具有粗糙微观结构的超疏水薄膜。该薄膜与水的接触角大于150°，达到超疏水性能。该制备方法不仅操作简便、设备简单、原料便宜，而且制得的超疏水表面薄膜疏水性能优异、性质稳定，能够制作大面积的超疏水薄膜，进行规模化生产。

Description

一种超疏水表面的制备方法

技术领域

本发明涉及一种功能界面的制备方法，更具体地说，涉及一种超疏水表面的制备方法。

背景技术

表面浸润性是一类极为常见的界面现象，它不仅直接影响自然界中生物的各种生命活动，并且在人类的生产和生活中也起着重要的作用。超疏水表面作为具有特殊浸润性表面的一种形式，可以给人们的生活带来很大的方便，例如可用于卫生间瓷砖的防水、防结雾和户外雷达的防水、防雾、防雪、防尘等。

目前，有多种方法、采用不同的材料，包括：无机、有机、无机--有机杂化材料，来制备具有特殊浸润性的表面。其中高聚物是制备超疏水表面的一种重要的材料。

采用高聚物制备超疏水表面的方法有很多种。如：模板合成法(L.Feng，Y.Song，J.Zhai，B.Liu，J.Xu，L.Jiang，D.Zhu，Angew.Chem.2003，115，824)，电纺技术方法(L.Jiang，Y.Zhao，J.Zhai，Angew.Chem.Int.Ed.2004，43，4338)，溶液方法(H.Y.Erbil，A.L.Demirel，Y.Avci，O.Mert，Science 2003，299，1377)，氟硅烷修饰方法(A.Nakajima，A.Fujishima，K.Hashimoto，T.Watanabe，Adv.Mater.1999，11，1365)等。但是这些方法或是所用的原料昂贵，或是制备条件苛刻、费时费力，或是难以制备出均匀、大面积的超疏水薄膜，限制了上述方法的实际应用。

现有技术中，中国专利CN1611305A，采用非结晶高分子在溶剂挥发过程中的相分离成膜技术，制备涂覆在固体表面上的超疏水高分子涂层；该方法简单、成本低，但是无法制备出均匀的大面积的超疏水表面。中国专利CN 1613565A，采用无机材料以湿化学法制备出氧化锌超疏水表面；该方法工艺简单、原料易得，但是制作比较费时、所需时间比较长。中国专利CN 1621434A，采用溶剂-沉淀剂的相转化法，制备出超疏水的多孔聚氯乙烯膜；该方法操作简便、设备简单，但采用疏水材料制备出超疏水表面，成本较高。

发明内容

为了克服在制备超疏水薄膜时，原材料成本较高、制备过程复杂、制备时间长、应用受到限制的问题，本发明提供了一种超疏水薄膜的制备方法，该方法以便宜易得的聚合物作为原材料，制作过程简单，制作时间短，实际应用方便。

本发明的制备方法是这样实现的：

a.配制含有聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液，所述混合溶液的溶剂为：苯、氯仿或环己酮；

b.清洗超疏水表面基底材料的表面；

c.将步骤a得到的混合溶液浸涂在经过步骤b清洗的基底材料上；

d.浸涂在基底材料表面的混合溶液，首先经过溶剂挥发，使混合溶液中的溶质沉积在基底材料表面，然后将挥发后形成的沉积层或者将该沉积层连同基底材料一起在环己烷中浸泡处理，经过干燥，在基底材料的表面形成具有粗糙微观结构的超疏水薄膜。

在具体实施时，在步骤a，聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)混合溶液的浓度为10～50wt％，聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的重量比为40/60～60/40。在步骤b，所述基底材料为玻璃、瓷砖或金属。在步骤b清洗时，所述清洗采用超声清洗，一般可以清洗2小时左右；或首先使用日用清洗剂进行清洗，然后采用超声波清洗装置清洗。在步骤d浸泡处理时，浸泡温度为40～60℃，浸泡时间为30～40min。

上述方法得到的超疏水薄膜的微观形貌采用扫描电镜进行表征，并用视频光学接触角测量仪在室温下测量膜的接触角。通过扫描电镜，可观察到薄膜表面呈多孔微观结构，形似由不同大小的球和树枝搭成的鸟窝。薄膜与水的接触角超过150°(水滴大小为2μl)，表现出良好的超疏水性(与水的接触角大于150°的表面称为超疏水表面)。

本发明将两种不相容聚合物溶于一种溶剂形成溶液，浸涂成膜，溶剂挥发后两组分发生相分离，然后采用选择性溶剂将其中一种组分溶解掉，留下另一种组分在基底上形成超疏水薄膜。

该制备方法简单、制备时间短、成本低，无需任何复杂设备，可制备大面积超疏水薄膜。制备的超疏水性薄膜，表面呈微米和纳米复合结构的鸟窝状多孔结构，微观结构粗糙。并且其超疏水性数月后仍不变，表现出很好的稳定性。

附图说明

图1.实施例1所得的超疏水薄膜的扫描电镜照片。

图2.实施例1所得的超疏水薄膜与水接触角照片。

图3.实施例2所得的超疏水薄膜的扫描电镜照片。

图4.实施例2所得的超疏水薄膜与水接触角照片。

图5.实施例4所得的超疏水薄膜的扫描电镜照片。

图6.实施例4所得的超疏水薄膜与水接触角照片。

具体实施方式

下面结合实施例进一步详述本发明的技术方案，本发明的保护范围不局限于下述的具体实施方式。

实施例1

配制浓度为10％(重量)的聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的溶液，PS与PMMA的配比为40/60(重量)，溶剂为苯。以瓷砖为基底材料，在制备超疏水薄膜前用洗涤剂进行彻底清洗，然后超声清洗2小时，再用水清洗、干燥。将配制好的聚合物溶液浸涂在基底上成膜。待膜中的溶剂充分挥发后，连同基底一起置于50℃的环己烷中浸泡40min，取出后在洁净空间自然晾干，得到超疏水薄膜。

膜的微观形貌采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)进行表征。用视频光学接触角测量仪在室温下测量膜的接触角。分别在5个不同位置测量，测量数据取平均值(水滴大小为2μl)。

所得薄膜与水的接触角为155～165度。三个月后再测其疏水性，依然不变。

在该条件下制备薄膜的扫描电镜图和水接触角照片见附图1和附图2。

实施例2

配制浓度为20％(重量)的聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的溶液，PS与PMMA的配比为50/50(重量)，溶剂为苯。玻璃为基底材料，在制备超疏水薄膜前用洗涤剂进行彻底清洗，在超声中处理2小时，清洗。将配制好的聚合物溶液浸涂在基底上成膜。待膜中的溶剂充分挥发后，连同基底一起置于55℃的环己烷中浸泡40min，取出后在洁净空间自然晾干，得到超疏水薄膜。

膜的微观形貌采用扫描电镜进行表征。用视频光学接触角测量仪在室温下测量膜的接触角。分别在5个不同位置测量，测量数据取平均值，其中水滴大小为2μl。

所得薄膜与水的接触角为150～160度。三个月后再测其疏水性，依然不变。

在该条件下制备薄膜的扫描电镜图和水接触角照片见附图3和附图4。

实施例3

配制浓度为50％(重量)的聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的溶液，PS与PMMA的配比为50/50(重量)，溶剂为氯仿。金属为基底材料，在制备超疏水薄膜前用洗涤剂进行彻底清洗，在超声中处理2小时，清洗。将配制好的聚合物溶液浸涂在基底上成膜。待膜中的溶剂充分挥发后，连同基底一起置于60℃的环己烷中浸泡35min，取出后在洁净空间自然晾干，则得到超疏水薄膜。

膜的微观形貌采用扫描电镜进行表征，用视频光学接触角测量仪在室温下测量膜的接触角。分别在5个不同位置测量，测量数据取平均值，其中水滴大小为2μl。

所得薄膜与水的接触角为150～155度。三个月后再测其疏水性，依然不变。

实施例4

配制浓度为40％(重量)的聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的溶液，PS与PMMA的配比为60/40(重量)，溶剂为环己酮。玻璃为基底材料，在制备超疏水薄膜前用洗涤剂进行彻底清洗，在超声中处理2小时，清洗。将配制好的聚合物溶液浸涂在基底上成膜。待膜中的溶剂充分挥发后，连同基底一起置于40℃的环己烷中浸泡40min，取出后在洁净空间自然晾干，则得到超疏水薄膜。

在该条件下制备薄膜的扫描电镜图和水接触角照片见附图5和附图6。

实施例5

配制浓度为30％(重量)的聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的溶液，PS与PMMA的配比为55/45(重量)，溶剂为氯仿。瓷砖为基底材料，在制备超疏水薄膜前用洗涤剂进行彻底清洗，在超声中处理2小时，清洗。将配制好的聚合物溶液浸涂在基底上成膜。待膜中的溶剂充分挥发后，连同基底一起置于60℃的环己烷中浸泡30min，取出后在洁净空间自然晾干，则得到超疏水薄膜。

表1为实施例1～5的实施条件和接触角汇总表。

表1

实施例	溶液浓度(重量％)	PS/PMMA(重量比)	溶剂	基底	环己烷温度(℃)	环己烷处理时间(min)	薄膜与水的接触角(度)
实施例	溶液浓度(重量％)	PS/PMMA(重量比)	溶剂	基底	环己烷温度(℃)	环己烷处理时间(min)	薄膜与水的接触角(度)	1	10	40/60	苯	瓷砖	50	40	155～165
2	20	50/50	苯	玻璃	55	40	150～160	1	10	40/60	苯	瓷砖	50	40	155～165
2	20	50/50	苯	玻璃	55	40	150～160	3	50	50/50	氯仿	金属	60	35	150～155
4	40	60/40	环己酮	玻璃	40	40	150～160	3	50	50/50	氯仿	金属	60	35	150～155
4	40	60/40	环己酮	玻璃	40	40	150～160	5	30	55/45	氯仿	瓷砖	60	30	155～165

Claims

1.一种超疏水表面的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

b.清洗超疏水表面基底材料的表面；

d.浸涂在基底材料表面的混合溶液，首先经过溶剂挥发，使混合溶液中的溶质沉积在基底材料表面，然后将挥发后形成的沉积层在环己烷中浸泡处理，经过干燥，在基底材料的表面形成具有粗糙微观结构的超疏水薄膜。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

在步骤a，聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯混合溶液的浓度为10～50wt％，聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的重量比为40/60～60/40。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

在步骤b，所述基底材料为玻璃、瓷砖或金属。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：

在步骤b清洗时，所述清洗采用超声清洗。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

在步骤d浸泡处理时，浸泡温度为40～60℃，浸泡时间为30～40min。