專利名稱：超疏水聚苯乙烯薄膜及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超疏水聚苯乙烯薄膜，本發(fā)明還涉及在室溫大氣 環(huán)境中制備超疏水聚苯乙烯薄膜的方法。
技術背景潤濕性是固體表面的一個重要性質，主要由固體表面的化學組成 和表面粗糙度決定，在具有最低表面能的光滑固體表面，其接觸角也最多只能提高到12(TC，然而，自然界中卻存在大量超疏水的表面(材 料表面與水的接觸角大于150。，并且水滴在表面上有較小的滾動角)， 例如荷葉表面與水的接觸角達到160%芋頭葉與水的接觸角達到159 °， Barthlott教授等1997年發(fā)表在Planta雜志上的一篇論文(Planta (1997) 202: 1 ±8)揭開了芋頭葉和荷葉等超疏水表面的神秘面紗， 他們發(fā)現芋頭葉和荷葉表面都存在大量的突起，在這些突起上分布著 蠟晶體，正是這種特殊的表面結構使芋頭葉和荷葉表面產生了超疏水 的性質。由于水滴滴到超疏水表面上通常會形成亮晶晶的球形水珠，水珠 與表面的接觸面積非常小且水珠極易滾動并帶走表面的灰塵，具有自 清潔的性質，另外，超疏水表面還具有防水、防霧、抗氧化等等特點， 因而可應用于自清潔功能的建筑材料和外墻涂料、自清潔功能的紡織 品、液體的無損失輸送、防潮包裝材料、抑制凝血和血液污染的生物 醫(yī)用材料等，在科學研究和工農業(yè)生產以及日常生活中都具有廣泛的 應用前景。因而引起了廣泛的研究興趣，掀起了超疏水表面制備和應 用的熱潮。目前，有很多方法被用來構建具有超疏水表面的固體材料， 如江雷等在《Angew. Chem. Int. Ed.》2004， 43， 4338—4341上報道了利用電紡技術制備類荷葉狀的超疏水表面，其接觸角為 160. 4±1. 2° ;金美花等在《Advanced Materials》2005， 17， 1977-1981上報道了利用氧化鋁為模板制備超疏水聚苯乙烯薄膜； Poncin-Epai 1 lard 等在《Surface & Coatings Technology 》 2006， 200,5296-5305上報道了利用等離子體技術制備透明的超疏水聚乙烯 薄膜，其接觸角達到170°;除了以上方法以外，還有溶膠-凝膠法、 氟化涂層法、化學氣相沉積法、電化學沉積法、聚電解質交替沉積法、 陽極氧化法、機械拉伸法等。然而，現有的這些方法要么使用昂貴的 材料，要么需要特殊的加工設備或復雜的工藝過程，難以推廣應用。 因此發(fā)明一種簡單的技術制備超疏水表面是非常有必要的。 發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種性能好、成本低廉、易于 生產的超疏水聚苯乙烯薄膜。本發(fā)明還要解決的另一個技術問題是提供一種操作工藝簡單、可 控性好、成本低、無需復雜的化學處理、也不需要昂貴的設備、易于 產業(yè)化的超疏水聚苯乙烯膜的制備方法。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供的超疏水聚苯乙烯薄膜，其表面結構類似于天然的新鮮芋頭葉的表面，膜與水的接觸角在150° 160°之間，水滴在材料表面的滾動角小于5°。本發(fā)明的超疏水聚苯乙烯薄膜的超疏水性質穩(wěn)定，在溫度范圍為 0 40°C、相對濕度為20% 70%的環(huán)境中放置一年，超疏水性質沒有 發(fā)生變化。本發(fā)明的超疏水聚苯乙烯薄膜的制備方法包括如下步驟(1) 、選取新鮮的芋頭葉并裁剪成合適大小，用水沖洗掉新鮮芋 頭葉表面的灰塵，將新鮮芋頭葉放置于與芋頭葉長寬相對應的澆注模 具內作為原始模板；(2) 、將聚二甲基硅氧烷(PDMS)預聚體和它的催化劑(過氧化 苯甲酰)和交聯劑(偶氮二異丁腈)按質量比100: 0.1 2: 1 10 的比例混合并攪拌5 10分鐘，然后置于真空箱內將混合物中的氣泡 抽出，再將聚二甲基硅氧烷(PDMS)澆注于模具內的新鮮芋頭葉上并 在室溫大氣環(huán)境中固化18 30小時后從芋頭葉上輕輕撕下聚二甲基 硅氧烷(PDMS)，獲得聚二甲基硅氧烷(PDMS)軟模板；(3) 、將聚二甲基硅氧烷(PDMS)軟模板置于模具內，將濃度為 1 70mg/ml的聚苯乙烯-四氫呋喃溶液澆注于聚二甲基硅氧烷(PDMS) 軟模板上，并在室溫大氣環(huán)境中干燥8 12小時后輕輕撕下聚苯乙烯 薄膜，所得薄膜即為超疏水聚苯乙烯薄膜。本發(fā)明所用的原始模板為新鮮的芋頭葉。 本發(fā)明所用的軟模板為聚二甲基硅氧烷(PDMS)模板。 本發(fā)明所用的聚苯乙烯-四氫呋喃溶液濃度為1 70mg/ml。 本發(fā)明的具有超疏水性的聚苯乙烯膜的制備方法操作工藝簡單、 重現性好、無需任何昂貴設備、也不需要復雜的化學處理過程，具有 很好的工業(yè)化應用前景。本發(fā)明的超疏水聚苯乙烯薄膜無味無毒，對環(huán)境友好，在液體無 損失輸送、防水防潮等領域有廣泛的應用前景。


圖1是本發(fā)明實施例1獲得的芋頭葉狀的超疏水聚苯乙烯薄膜的 掃描電鏡圖；圖2是本發(fā)明實施例1獲得的芋頭葉狀超疏水聚苯乙烯薄膜表面
與水的接觸角測試圖。
具體實施方式
通過下面給出的本發(fā)明的具體實施例可以進一步清楚地理解本發(fā) 明，但下述實施例并不是對本發(fā)明的限定。 實施例1:第一步用自來水將新鮮芋頭葉表面的灰塵沖洗干凈后將芋頭葉 裁剪成長為15cm、寬為10cm大小，并放入高度為5cm的澆注模具內待用；第二步將聚二甲基硅氧烷(PDMS)預聚體和它的催化劑過氧化 苯甲酰和交聯劑偶氮二異丁腈按100 : 1 : 5的質量比混合并攪拌5分 鐘，然后置于真空箱內將混合物中的氣泡抽出，再將PDMS澆注于模 具內的新鮮芋頭葉上并在室溫大氣環(huán)境中固化24小時后從芋頭葉上 輕輕撕下PDMS，獲得PDMS軟模板；第三步將聚二甲基硅氧烷(PDMS)軟模板置于高度為5. lcm的 模具內，將濃度為20mg/ml的聚苯乙烯-四氫呋喃溶液澆注于聚二甲 基硅氧垸(PDMS)模板上，并在室溫大氣環(huán)境中干燥10小時后輕輕 撕下聚苯乙烯薄膜，所得薄膜即為超疏水聚苯乙烯薄膜。參見圖1和 圖2，用0CA20接觸角測試儀測試該薄膜表面的潤濕性，結果表明該 表面與水的接觸角為158±1.6°，水滴在材料表面的滾動角小于5°。 薄膜表面形貌用HITACHI S-3000N掃描電鏡進行了觀察，發(fā)現該薄膜 與芋頭葉表面結構基本一致。 實施例2:第一步用自來水將新鮮芋頭葉表面的灰塵沖洗干凈后將芋頭葉 裁剪成長為15cm、寬為10cm大小，并放入高度為5cm的澆注模具內待用；第二步將聚二甲基硅氧烷(PDMS)預聚體和它的催化劑過氧化苯甲酰和交聯劑偶氮二異丁腈按ioo : o. i : io的質量比混合并攪拌IO分鐘，然后置于真空箱內將混合物中的氣泡抽出，再將PDMS澆注 于模具內的新鮮芋頭葉上并在室溫大氣環(huán)境中固化18小時后從芋頭 葉上輕輕撕下PDMS，獲得PDMS軟模板；第三步將聚二甲基硅氧垸(PDMS)軟模板置于高度為5. lcm的 模具內，將濃度為lmg/ml的聚苯乙烯-四氫呋喃溶液澆注于聚二甲基 硅氧烷(PDMS)模板上，并在室溫大氣環(huán)境中干燥8小時后輕輕撕下 聚苯乙烯薄膜，所得薄膜即為超疏水聚苯乙烯薄膜。用0CA20接觸角 測試儀測試該薄膜表面的潤濕性，結果表明該表面與水的接觸角為 150 ±1.6°,水滴在材料表面的滾動角小于5°。薄膜表面形貌用 HITACHI S-3000N掃描電鏡進行了觀察，發(fā)現該薄膜與芋頭葉表面結 構基本一致。
實施例3:第一步用自來水將新鮮芋頭葉表面的灰塵沖洗干凈后將芋頭葉裁剪成長為15cm、寬為10cm大小，并放入高度為5cm的澆注模具內 待用；第二步將聚二甲基硅氧垸(PDMS)預聚體和它的催化劑過氧化 苯甲酰和交聯劑偶氮二異丁腈按100 : 2 : 1的質量比混合并攪拌8分 鐘，然后置于真空箱內將混合物中的氣泡抽出，再將PDMS澆注于模 具內的新鮮芋頭葉上并在室溫大氣環(huán)境中固化30小時后從芋頭葉上 輕輕撕下PDMS，獲得PDMS軟模板；第三步將聚二甲基硅氧烷(PDMS)軟模板置于高度為5. lcm的 模具內，將濃度為70mg/ml的聚苯乙烯-四氫呋喃溶液澆注于聚二甲 基硅氧烷(PDMS)模板上，并在室溫大氣環(huán)境中干燥12小時后輕輕 撕下聚苯乙烯薄膜，所得薄膜即為超疏水聚苯乙烯薄膜。用0CA20接 觸角測試儀測試該薄膜表面的潤濕性，結果表明該表面與水的接觸角 為150±1.6°，水滴在材料表面的滾動角小于5°。薄膜表面形貌用 HITACHI S-3000N掃描電鏡進行了觀察，發(fā)現該薄膜與芋頭葉表面結 構基本一致。 實施例4:第一步用自來水將新鮮芋頭葉表面的灰塵沖洗干凈后將芋頭葉 裁剪成長為15cm、寬為10cm大小，并放入高度為5cm的澆注模具內待用；第二步將聚二甲基硅氧烷(PDMS)預聚體和它的催化劑過氧化 苯甲酰和交聯劑偶氮二異丁腈按100 : 1 : 1的質量比混合并攪拌5分 鐘，然后置于真空箱內將混合物中的氣泡抽出，再將PDMS澆注于模 具內的新鮮芋頭葉上并在室溫大氣環(huán)境中固化20小時后從芋頭葉上 輕輕撕下PDMS，獲得PDMS軟模板；第三步將聚二甲基硅氧垸(PDMS)軟模板置于高度為5. lcm的 模具內，將濃度為50mg/ml的聚苯乙烯-四氫呋喃溶液澆注于聚二甲 基硅氧烷(PDMS)模板上，并在室溫大氣環(huán)境中干燥10小時后輕輕 撕下聚苯乙烯薄膜，所得薄膜即為超疏水聚苯乙烯薄膜。用OCA20接 觸角測試儀測試該薄膜表面的潤濕性，結果表明該表面與水的接觸角 為155±1.4°，水滴在材料表面的滾動角小于5°。薄膜表面形貌用 HITACHI S-3000N掃描電鏡進行了觀察，發(fā)現該薄膜與芋頭葉表面結 構基本一致。 實施例5:第一步用自來水將新鮮芋頭葉表面的灰塵沖洗干凈后將芋頭葉 裁剪成長為15cm、寬為10cm大小，并放入高度為5cm的澆注模具內待用； 第二步將聚二甲基硅氧垸(PDMS)預聚體和它的催化劑過氧化苯甲酰和交聯劑偶氮二異丁腈按100:0.5:8的質量比混合并攪拌IO分鐘，然后置于真空箱內將混合物中的氣泡抽出，再將PDMS澆注 于模具內的新鮮芋頭葉上并在室溫大氣環(huán)境中固化24小時后從芋頭 葉上輕輕撕下PDMS，獲得PDMS軟模板；第三步將聚二甲基硅氧垸(PDMS)軟模板置于高度為5. lcm的 模具內，將濃度為10mg/ml的聚苯乙烯-四氫呋喃溶液澆注于聚二甲 基硅氧烷(PDMS)模板上，并在室溫大氣環(huán)境中干燥8小時后輕輕撕 下聚苯乙烯薄膜，所得薄膜即為超疏水聚苯乙烯薄膜。用0CA20接觸 角測試儀測試該薄膜表面的潤濕性，結果表明該表面與水的接觸角為 152 ±1.6°，水滴在材料表面的滾動角小于5°。薄膜表面形貌用 HITACHI S-3000N掃描電鏡進行了觀察，發(fā)現該薄膜與芋頭葉表面結 構基本一致。
權利要求
1、一種超疏水聚苯乙烯薄膜，其特征是所述膜為白色薄膜，薄膜表面結構類似于天然的芋頭葉的表面結構，膜與水的接觸角在150°～160°之間，水滴在薄膜表面的滾動角小于5°。
2、 制備權利要求1所述的超疏水聚苯乙烯薄膜的方法，其特征為制備步驟包括(1) 、選取新鮮的芋頭葉并裁剪成合適大小，用水沖洗掉新鮮芋 頭葉表面的灰塵，將新鮮芋頭葉放置于與芋頭葉長寬相對應的澆注模 具內作為原始模板；(2) 、將聚二甲基硅氧垸預聚體和它的催化劑和交聯劑按質量比 100: 0. 1 2: 1 10的比例混合并攪拌5 10分鐘，然后置于真空箱內將混合物中的氣泡抽出，再將聚二甲基硅氧垸澆注于模具內的新鮮芋頭葉上并在室溫大氣環(huán)境中固化18 30小時后從芋頭葉上輕輕撕 下聚二甲基硅氧烷(PDMS)，獲得聚二甲基硅氧垸軟模板；(3) 、將聚二甲基硅氧烷軟模板置于模具內，將濃度為l 70mg/ml的聚苯乙烯-四氫呋喃溶液澆注于聚二甲基硅氧烷軟模板上， 并在室溫大氣環(huán)境中干燥8 12小時后輕輕撕下聚苯乙烯薄膜，所得 薄膜即為超疏水聚苯乙烯薄膜。
3、 根據權利要求2所述的超疏水聚苯乙烯薄膜的制備方法，其特征是所述的催化劑是過氧化苯甲酰，所述的交聯劑是偶氮二異丁 腈。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超疏水聚苯乙烯薄膜及其制備方法。將新鮮芋頭葉放置于澆注模具內；再將聚二甲基硅氧烷(PDMS)預聚體及其催化劑和交聯劑按100∶0.1～2∶1～10的比例混合并攪拌5～10分鐘，將混合物中的氣泡抽出澆注于模具內的新鮮芋頭葉上并在室溫大氣環(huán)境中固化18～30小時后撕下PDMS軟模板；將濃度為1～70mg/ml的聚苯乙烯-四氫呋喃溶液澆注于PDMS模板上，并在室溫大氣環(huán)境中干燥8～12小時后撕下即為芋頭葉狀超疏水聚苯乙烯薄膜。該薄膜與水的接觸角大于150°，滾動角小于10°。該薄膜無味無毒，在液體無損失輸送、自清潔、防水防潮等領域具有十分廣泛的應用前景。方法操作工藝簡單、可控性好、成本低、無需復雜的化學處理、也不需要昂貴的設備、易于產業(yè)化。
文檔編號C08J5/18GK101157767SQ20071019240
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月23日 優(yōu)先權日2007年11月23日
發(fā)明者彭萬喜, 袁志慶, 鄧和平, 洪 陳 申請人:陳 洪;袁志慶;彭萬喜;鄧和平