專利名稱：超疏水性聚合物薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于表面化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種超疏水性聚合物薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
超疏水性表面在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活中都有著極其廣闊的應(yīng)用價值，例如，它可以用來防雪、防污染、抗氧化以及防止電流傳導(dǎo)等。本發(fā)明人在《先進(jìn)材料》雜志2002，14(24)，1857～1860上發(fā)表的文章“超疏水表面從自然到仿生”(Lin Feng，Lei Jiang，et al.Super-hydrophobic SurfacesFrom Natural to Artificial.Adv.Mater.)，揭示天然荷葉表面的超疏水性是由其表面微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成決定的，其中表面微米與納米相結(jié)合的粗糙表面結(jié)構(gòu)對超疏水性起到重要的作用。中國發(fā)明專利公開號CN 1544482A公開了一種用60Co輻照制備超疏水聚合物膜的方法，以含氟烯烴作為疏水單體，于非含氟烯烴氣氛中，在60Co輻照場中輻照聚合，常溫常壓制備超疏水聚合物膜，其與水靜態(tài)接觸角大于130°。本發(fā)明人在專利ZL01120628.4中公開了一種制備具有超疏水性表面的聚合物納米纖維束的方法，即以疏水性聚合物作為前驅(qū)體，以不同孔徑及密度分布的多孔鋁板為模板，通過擠壓聚合物熔體或溶液的方法，制備出具有超疏水性表面的聚合物納米纖維束。所制得的聚合物纖維束縱向具有納米級凸凹不平的粗糙表面，該表面表現(xiàn)出超疏水性，即對水的接觸角大于150°。所制得的聚合物納米纖維束中不含有氟，對人體無任何毒害作用且對環(huán)境無污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的是采用原料價廉易得的，未經(jīng)過任何處理的、天然具有超疏水性的植物葉或花瓣為模板，所制得的超疏水性聚合物薄膜具有反植物葉或反花瓣表面的微觀結(jié)構(gòu)，即具有微米與納米相結(jié)合的粗糙表面結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的再一目的是提供一種具有類似植物葉或類似花瓣表面微觀結(jié)構(gòu)的超疏水性聚合物薄膜。
本發(fā)明的另一目的是提供一種目的一的超疏水性聚合物薄膜的制備方法。
本發(fā)明還一目的是提供一種得到類似植物葉或類似花瓣表面的微觀結(jié)構(gòu)，即具有微米與納米相結(jié)合的粗糙表面結(jié)構(gòu)的超疏水性聚合物薄膜的制備方法。
本發(fā)明的超疏水性聚合物薄膜具有反植物葉或反花瓣表面的微米與納米相結(jié)合的粗糙表面結(jié)構(gòu)，或具有類似植物葉或類似花瓣表面的微米與納米相結(jié)合的粗糙表面結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的超疏水性聚合物薄膜的制備方法，將加熱熔融的聚合物熔體或溶解在溶劑中的聚合物溶液傾倒在表面具有微納米結(jié)構(gòu)的植物葉或花瓣表面，在室溫下使聚合物熔體凝固，或使聚合物溶液中的溶劑揮發(fā)完全后，將聚合物薄膜從植物葉或花瓣上剝離，得到具有反植物葉或反花瓣表面結(jié)構(gòu)的超疏水性聚合物薄膜。
本發(fā)明可將上述得到的具有反植物葉或反花瓣表面結(jié)構(gòu)的超疏水性聚合物薄膜作為模板，再一次用加熱熔融的聚合物熔體或溶解在溶劑中的聚合物溶液傾倒在其表面進(jìn)行復(fù)制，得到類似植物葉或類似花瓣表面結(jié)構(gòu)的超疏水聚合物薄膜，復(fù)制原則為熔融聚合物的溫度或所選擇的溶解聚合物的溶劑為不破壞具有反植物葉或反花瓣表面結(jié)構(gòu)的超疏水性聚合物薄膜的表面結(jié)構(gòu)。
所述植物葉是表面具有微納米結(jié)構(gòu)的植物葉，包括荷葉等。
所述花瓣是表面具有微納米結(jié)構(gòu)的花瓣，包括玫瑰花花瓣、菊花花瓣、長壽花花瓣、洋蘭花花瓣、蒲包花花瓣、君子蘭花花瓣、杜鵑花花瓣、桃花花瓣、櫻花花瓣、梅花花瓣、仙客來花花瓣、康乃馨花花瓣、一品紅花花瓣、幸?；ɑò?、月季花瓣、羅蘭花花瓣、牽牛花花瓣、郁金香花花瓣、勿忘我花花瓣、繡球花花瓣、馬蹄蓮花花瓣等。
所述的聚合物熔體是聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯中的一種。
所述的聚合物溶液用的聚合物是聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氯乙稀、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯、聚二甲基硅氧烷或聚氨酯。
所述的聚合物溶液用的溶劑優(yōu)選水、乙醇、異丙醇、水與乙醇的混合物、水與異丙醇的混合物、二甲基甲酰胺、氯仿、二氯甲烷、四氫呋喃、丙酮、甲苯、二甲基亞砜、二甲基甲酰胺與甲苯的混合物或二甲基甲酰胺與四氫呋喃的混合物。
所述的聚合物可以在相同溶劑中溶解的可以任意混合。
所述的聚合物溶液的重量百分比濃度是0.2％～80％，優(yōu)選5％～60％。
本發(fā)明的超疏水性聚合物薄膜的方法優(yōu)點在于(1)以未經(jīng)過任何處理的、天然具有超疏水性的植物葉或花瓣為模板，原料價廉易得、無毒無害。
(2)所制得的超疏水性聚合物薄膜具有反植物葉或反花瓣表面的微觀結(jié)構(gòu)，或類似植物葉或類似花瓣表面的微觀結(jié)構(gòu)。
(3)所制得的超疏水性聚合物薄膜的結(jié)構(gòu)和疏水性不受所使用的聚合物溶液濃度的影響。
(4)所制得的超疏水性聚合物薄膜在常溫常壓下獲得。
(5)所制得的超疏水性聚合物薄膜中不含有氟，對人體無任何毒害作用，且對環(huán)境無污染。
(6)將所制得的超疏水性聚合物薄膜作為模板制成模具可以進(jìn)行批量生產(chǎn)。
(7)所制得的超疏水性聚合物薄膜可用于制備觀賞性塑料花、自清潔涂層等。


圖1.本發(fā)明實施例2的一品紅花瓣表面的掃描電子顯微鏡照片。
圖2.本發(fā)明實施例2的反一品紅花瓣表面結(jié)構(gòu)的聚乙烯醇薄膜的掃描電子顯微鏡照片。
圖3.本發(fā)明實施例2的水滴在反一品紅花瓣表面結(jié)構(gòu)的聚乙烯醇薄膜表面的微觀形貌照片，接觸角為136.2°。
圖4.本發(fā)明實施例2的類似一品紅花瓣表面結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯薄膜的掃描電子顯微鏡照片。
圖5.本發(fā)明實施例2的水滴在類似一品紅花瓣表面結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯薄膜表面的微觀形貌照片，接觸角為139.5°。
具體實施例方式
實施例1(1)將聚乙烯醇添加在水中，并在超聲振蕩下升溫至90℃，使其完全溶解，獲得重量百分比濃度為10％的聚乙烯醇水溶液。
(2)將步驟(1)制得的聚乙烯醇水溶液傾倒于荷葉表面，并使其在室溫下干燥。
(3)待水全部揮發(fā)后將聚乙烯醇薄膜剝離荷葉表面，得到具有反荷葉表面微結(jié)構(gòu)的超疏水性聚乙烯醇薄膜。
(4)將步驟(3)制得的聚乙烯醇薄膜作為模板代替荷葉表面，將聚酰胺的二甲亞砜溶液傾倒在其上，再進(jìn)行一次復(fù)制，得到具有類似荷葉表面微結(jié)構(gòu)的超疏水性聚酰胺薄膜。
所述的聚酰胺溶液的濃度為25wt％。
實施例2(1)將聚乙烯醇添加在水中，并在超聲振蕩下升溫至90℃，使其完全溶解，獲得重量百分比濃度為15％的聚乙烯醇水溶液。
(2)將步驟(1)制得的聚乙烯醇水溶液傾倒于一品紅花花瓣表面，并使其在室溫下干燥。
(3)待水全部揮發(fā)后將聚乙烯醇薄膜剝離一品紅花花瓣表面，得到具有反一品紅花花瓣表面微結(jié)構(gòu)的超疏水性聚乙烯醇薄膜。
(4)將步驟(3)制得的聚乙烯醇薄膜作為模板代替一品紅花花瓣表面，將聚苯乙烯的氯仿溶液傾倒在其上，再進(jìn)行一次復(fù)制，得到具有類似一品紅花花瓣表面微結(jié)構(gòu)的超疏水性聚苯乙烯薄膜。
所述的聚苯乙烯溶液的濃度為30wt％。
實施例3(1)將聚氧乙烯添加在水和乙醇(體積比3∶2)的混合溶劑中，并在超聲振蕩下使其完全溶解，獲得重量百分比濃度為4％的聚氧乙烯溶液。
(2)將步驟(1)制得的聚氧乙烯溶液傾倒于黃菊花花瓣表面，并使其在室溫下干燥。
(3)待水和乙醇的混合溶劑全部揮發(fā)后將聚氧乙烯薄膜剝離黃菊花花瓣表面，得到具有反黃菊花花瓣表面微結(jié)構(gòu)的超疏水性聚氧乙烯薄膜。
(4)將步驟(3)制得的聚氧乙烯薄膜作為模板代替黃菊花花瓣表面，將聚氯乙烯的甲苯溶液傾倒在其上，再進(jìn)行一次復(fù)制，得到具有類似黃菊花花瓣表面微結(jié)構(gòu)的超疏水性聚氯乙烯薄膜。
所述的聚氯乙烯溶液的濃度為20wt％。
實施例4(1)將聚乙烯添加在丙酮溶劑中，并在超聲振蕩下使其完全溶解，獲得重量百分比濃度為40％的聚乙烯溶液。
(2)將步驟(1)制得的聚乙烯溶液傾倒于桃花花瓣表面，并使其在室溫下干燥。
(3)待丙酮全部揮發(fā)后將聚乙烯薄膜剝離桃花花瓣表面，得到具有反桃花花瓣表面微結(jié)構(gòu)的超疏水性聚乙烯薄膜。
(4)將步驟(3)制得的聚乙烯薄膜作為模板代替桃花花瓣表面，將聚甲基丙烯酸甲酯的四氫呋喃溶液傾倒在其上，再進(jìn)行一次復(fù)制，得到具有類似桃花花瓣表面微結(jié)構(gòu)的超疏水性聚甲基丙烯酸甲酯薄膜。
所述的聚甲基丙烯酸甲酯溶液的濃度為13wt％。
實施例5(1)將聚酯和聚氨酯添加在二甲基甲酰胺溶劑中，并在超聲振蕩下使其完全溶解，獲得重量百分比濃度為18％的聚酯和聚氨酯的混合溶液。
(2)將步驟(1)制得的聚酯和聚氨酯的混合溶液傾倒于玫瑰花花瓣表面，并使其在室溫下干燥。
(3)待氯仿全部揮發(fā)后將混合聚酯和聚氨酯的薄膜剝離玫瑰花花瓣表面，得到具有反玫瑰花花瓣表面微結(jié)構(gòu)的超疏水性混合聚酯和聚氨酯的薄膜。
(4)將步驟(3)制得的混合的聚酯和聚氨酯薄膜作為模板代替玫瑰花花瓣表面，將聚乙烯醇的水溶液傾倒在其上，再進(jìn)行一次復(fù)制，得到具有類似玫瑰花瓣表面微結(jié)構(gòu)的超疏水性聚乙烯醇薄膜。
所述的聚乙烯醇溶液的濃度為75wt％。
實施例6(1)將聚丙烯在升溫至176℃，使其完全熔融，獲得重量百分比濃度為100％的聚丙烯熔體。
(2)將步驟(1)制得的聚丙烯熔體趁熱傾倒于幸福花花瓣表面，并使其在室溫下凝固。
(3)待聚丙烯完全凝固后，將聚丙烯的薄膜剝離幸福花花瓣表面，得到具有反幸?；ɑò瓯砻嫖⒔Y(jié)構(gòu)的超疏水性聚丙烯薄膜。
(4)將步驟(3)制得的聚丙烯薄膜作為模板代替幸?；ɑò瓯砻?，將聚丙烯腈的二甲基甲酰胺溶液傾倒在其上，再進(jìn)行一次復(fù)制，得到具有類似幸?；ɑò瓯砻嫖⒔Y(jié)構(gòu)的超疏水性聚丙烯腈薄膜。
所述的聚丙烯腈溶液的濃度為15wt％。
實施例7(1)將聚二甲基硅氧烷添加在二甲基甲酰胺溶劑中，并在超聲振蕩下使其完全溶解，獲得重量百分比濃度為35％的聚二甲基硅氧烷溶液。
(2)將步驟(1)制得的聚二甲基硅氧烷溶液傾倒于月季花花瓣表面，并使其在室溫下干燥。
(3)待二甲基甲酰胺完全揮發(fā)后，將聚二甲基硅氧烷的薄膜剝離月季花花瓣表面，得到具有反月季花花瓣表面微結(jié)構(gòu)的超疏水性聚二甲基硅氧烷薄膜。
(4)將聚碳酸酯在強烈攪拌下升溫至185℃，使其完全熔融，獲得重量百分比濃度為100％的聚碳酸酯熔體。
(5)將步驟(3)制得的聚二甲基硅氧烷薄膜作為模板代替月季花花瓣表面，再將步驟(4)制得的聚碳酸酯熔體趁熱傾倒在其上，再進(jìn)行一次復(fù)制，得到具有類似月季花花瓣表面微結(jié)構(gòu)的超疏水性聚碳酸酯薄膜。
權(quán)利要求
1.一種超疏水性聚合物薄膜，其特征是所述的超疏水性聚合物薄膜具有反植物葉或反花瓣表面的微米與納米相結(jié)合的粗糙表面結(jié)構(gòu)，或具有類似植物葉或類似花瓣表面的微米與納米相結(jié)合的粗糙表面結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超疏水性聚合物薄膜，其特征是所述植物葉是表面具有微納米結(jié)構(gòu)的荷葉；所述花瓣是表面具有微納米結(jié)構(gòu)的玫瑰花花瓣、菊花花瓣、長壽花花瓣、洋蘭花花瓣、蒲包花花瓣、君子蘭花花瓣、杜鵑花花瓣、桃花花瓣、櫻花花瓣、梅花花瓣、仙客來花花瓣、康乃馨花花瓣、一品紅花花瓣、幸?；ɑò?、月季花花瓣、羅蘭花花瓣、牽牛花花瓣、郁金香花花瓣、勿忘我花花瓣、繡球花花瓣或馬蹄蓮花花瓣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超疏水性聚合物薄膜，其特征是所述的聚合物是聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氯乙稀、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯或可以在相同溶劑中溶解的聚合物的任意混合物。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1～3任一項所述的超疏水性聚合物薄膜的制備方法，其特征是將加熱熔融的聚合物熔體或溶解在溶劑中的聚合物溶液傾倒在表面具有微納米結(jié)構(gòu)的植物葉或花瓣表面，在室溫下使聚合物熔體凝固，或使聚合物溶液中的溶劑揮發(fā)完全后，將聚合物薄膜從植物葉或花瓣上剝離，得到具有反植物葉或反花瓣表面結(jié)構(gòu)的超疏水性聚合物薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是將得到的具有反植物葉或反花瓣表面結(jié)構(gòu)的超疏水性聚合物薄膜作為模板，再一次用加熱熔融的聚合物熔體或溶解在溶劑中的聚合物溶液傾倒在其表面進(jìn)行復(fù)制，得到類似植物葉或類似花瓣表面結(jié)構(gòu)的超疏水性聚合物薄膜；所選擇溶解聚合物的溶劑或熔融聚合物的溫度為不破壞具有反植物葉或反花瓣表面結(jié)構(gòu)的超疏水性聚合物薄膜的表面結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征是所述的聚合物熔體是聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯、聚二甲基硅氧烷或聚氨酯；所述的聚合物溶液用的聚合物是聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氯乙稀、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯或可以在相同溶劑中溶解的聚合物的任意混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征是所述的聚合物溶液的重量百分比濃度是0.2％-80％。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是所述的聚合物溶液的重量百分比濃度是0.2％-80％。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征是所述的聚合物溶液用的溶劑是水、乙醇、異丙醇、水與乙醇的混合物、水與異丙醇的混合物、二甲基甲酰胺、氯仿、二氯甲烷、四氫呋喃、丙酮、甲苯、二甲基亞砜、二甲基甲酰胺與甲苯的混合物或二甲基甲酰胺與四氫呋喃的混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征是所述植物葉是表面具有微納米結(jié)構(gòu)的荷葉；所述花瓣是表面具有微納米結(jié)構(gòu)的玫瑰花花瓣、菊花花瓣、長壽花花瓣、洋蘭花花瓣、蒲包花花瓣、君子蘭花花瓣、杜鵑花花瓣、桃花花瓣、櫻花花瓣、梅花花瓣、仙客來花花瓣、康乃馨花花瓣、一品紅花花瓣、幸?；ɑò?、月季花花瓣、羅蘭花花瓣、牽?；ɑò?、郁金香花花瓣、勿忘我花花瓣、繡球花花瓣或馬蹄蓮花花瓣。
全文摘要
本發(fā)明屬于表面化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種超疏水性聚合物薄膜及其制備方法。將加熱熔融的聚合物熔體或溶解在溶劑中的聚合物溶液傾倒在表面具有微納米結(jié)構(gòu)的植物葉或花瓣表面，在室溫下使聚合物熔體凝固，或使聚合物溶液中的溶劑揮發(fā)完全后，將聚合物薄膜從植物葉或花瓣上剝離，得到具有反植物葉或反花瓣表面結(jié)構(gòu)的超疏水性聚合物薄膜。將所述的反植物葉或反花瓣表面結(jié)構(gòu)的超疏水性聚合物薄膜作為模板再一次進(jìn)行復(fù)制，得到類似植物葉或類似花瓣表面結(jié)構(gòu)的超疏水性聚合物薄膜。本發(fā)明的原料價廉易得，所制得的超疏水性聚合物薄膜具有反植物葉或反花瓣表面，或類似植物葉或類似花瓣表面的微米與納米相結(jié)合的粗糙表面結(jié)構(gòu)。
文檔編號C08L29/00GK1854174SQ20051001159
公開日2006年11月1日 申請日期2005年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月20日
發(fā)明者馮琳, 張亞南, 夏帆, 江雷 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所