專利名稱：對醇水溶液浸潤性可調(diào)的Al/PVDF超疏水表面的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對醇水溶液浸潤性可調(diào)的A1/PVDF超疏水表面的制備方法。
背景技術(shù)：
超疏水表面一般是指與水的接觸角> 150°的表面，它在工農(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)用前景，用于玻璃、陶瓷、混凝土、木材等建筑材料上，可以使材料具有自清潔或易于清洗的效果；用于服裝等紡織品上，可以起到防水防污和自清潔的效果；用于高降雪地區(qū)的衛(wèi)星天線或戶外標(biāo)牌上，可以防止因積雪導(dǎo)致的信號中斷或外觀模糊。超疏水表面用于金屬材料上，可以起到自清潔、抑制表面腐蝕和表面氧化以及降低摩擦系數(shù)的效果；超疏水表面用于船舶、艦艇的外殼或管道的內(nèi)壁，可以降低它們與水流之間的摩擦阻力；超疏水表面用于微流體裝置中，可以實(shí)現(xiàn)對流體的低阻力、無漏損傳送；超疏 水表面用于微型水上交通工具上，可以使其具有超強(qiáng)的負(fù)載能力；超疏水表面用于與血液接觸的生物醫(yī)學(xué)材料上,可以抑制血小板的粘附和活化,改善材料的血液相容性。固體表面的潤濕性同時(shí)由其化學(xué)組成和幾何結(jié)構(gòu)共同控制，低的表面自由能和合適的表面微細(xì)結(jié)構(gòu)是固體表面產(chǎn)生超疏水性的兩個前提條件。目前，在超疏水表面制備和應(yīng)用研究領(lǐng)域還存在一些問題；尤其在制備方法上，人工仿生制備超疏水材料的主要方法主要依靠控制材料的表面粗糙度，即表面形貌來實(shí)現(xiàn)超疏水表面所要求的微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)；而形貌則通過陽極氧化、電紡、化學(xué)氣相沉積、等離子刻蝕、激光刻蝕和溶膠-凝膠過程等等工藝來實(shí)現(xiàn)。但是這些工藝無一不需要特殊的設(shè)備和復(fù)雜的工藝控制，因此現(xiàn)有的制備工藝存在成本高、工藝復(fù)雜等缺陷。另外，超疏水表面技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了大約九年時(shí)間的發(fā)展過程，在理論和制備兩個方面都取得了大量的研究成果。然而，絕大多數(shù)研究結(jié)果都是基于純水或純?nèi)軇┰诠腆w超疏水表面的浸潤行為而得到的，而在實(shí)際應(yīng)用中固體表面所接觸的液體會經(jīng)常遇到混合溶液(如酒水、飲料、藥水、海水等)，而混合溶液在超疏水表面的浸潤行為很有可能和純水完全不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種對醇水溶液浸潤性可調(diào)的A1/PVDF超疏水表面的制備方法，它具有工藝過程簡單，制備成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，一種A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面的制備方法，其特征在于所述的聚合物復(fù)合材料有著以下的物質(zhì)組成經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的Al粉和聚合物基體材料PVDF ;所述的Al粉體積百分比含量為1°/Γ50%，聚合物基體PVDF的體積百分比含量為50°/Γ99% ;所述的Al粉平均粒徑為800 nm,經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理后使用，其中硅烷偶聯(lián)劑與Al粉的質(zhì)量比為1:100 ;所述的聚合物基體PVDF熔點(diǎn)為167 V，平均粒徑為25 μ m。所述制備方法包括以下步驟(1) Al粉的表面處理室溫下將Al粉通過超聲分散和攪拌使其在無水乙醇中形成懸浮液，然后加入硅烷偶聯(lián)劑后持續(xù)攪拌1(Γ30分鐘；隨后加入去離子水，在4(T60°C下超聲分散并攪拌30分鐘；離心分離粉體，然后使用無水乙醇洗滌f 3次后，在6(T12(TC下真空干燥2飛小時(shí)，自然冷卻到室溫后使用；(2) A1/PVDF復(fù)合材料的制備稱取步驟(I)中經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑改性得到的Al粉及聚合物基體PVDF，使Al粉在復(fù)合材料中的體積百分含量為1 50%，PVDF的體積百分比含量為50 99% ;將Al粉在DMAC中分散，PVDF在DMAC中溶解，然后將二者混合，機(jī)械攪拌30 min,超聲分散15 min混合均勻，然后將混合粉料置于硬質(zhì)合金模具中，在200 °C下于100 Mpa壓力下熱壓20分鐘，冷卻到室溫后得到直徑為20 mm,厚度為2 3 mm左右的A1/PVDF復(fù)合材料樣品；(3) A1/PVDF復(fù)合材料的表面處理將步驟(2)得到的A1/PVDF復(fù)合材料樣品先用200#粗砂子打磨，然后用2000#細(xì)砂紙打磨到無明顯劃痕為止；隨后將復(fù)合材料樣品表面分別先后使用去離子水、無水乙醇和丙酮清洗，使用氮?dú)饬鞔蹈珊髮⑵浣氲椒噭┖繛镮 wt%的無水乙醇溶液中，在室溫下浸泡2 h后將樣品取出，使用無水乙醇清洗表面，再用氮?dú)獯蹈珊蠹吹玫綄Σ煌瑵舛纫掖妓芤壕哂胁煌櫺缘腁1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面。所述氟化試劑為1H、1H、2H、2H-全氟羊基二氯娃燒。所述的娃燒偶聯(lián)劑為Y -氨丙基二乙氧基娃燒。本發(fā)明的技術(shù)效果是本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比不僅工藝簡單，成本低廉，而且對不同濃度乙醇水溶液的浸潤性可調(diào)，可用于對水中乙醇含量進(jìn)行快速定性檢測。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I中Al體積百分比含量為O. 5%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面對不同濃度的乙醇水溶液的接觸角和滾動角。圖2為本發(fā)明實(shí)施例I中純水在Al體積百分比含量為O. 5%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面表面的接觸角照片(約162° )。圖3為本發(fā)明實(shí)施例I中乙醇體積百分比含量為10%的水溶液在Al體積百分比含量為O. 5%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面吸附倒置180°的數(shù)碼照片。圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中Al體積百分比含量為1%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面對不同濃度的乙醇水溶液的接觸角和滾動角。圖5為本發(fā)明實(shí)施例3中Al體積百分比含量為5%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面對不同濃度的乙醇水溶液的接觸角和滾動角。圖6為本發(fā)明實(shí)施例4中Al體積百分比含量為10%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面對不同濃度的乙醇水溶液的接觸角和滾動角。圖7為本發(fā)明實(shí)施例5中Al體積百分比含量為20%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面對不同濃度的乙醇水溶液的接觸角和滾動角。圖8為本發(fā)明實(shí)施例6中Al體積百分比含量為30%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面對不同濃度的乙醇水溶液的接觸角和滾動角。圖9為本發(fā)明實(shí)施例7中Al體積百分比含量為40%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面對不同濃度的乙醇水溶液的接觸角和滾動角。圖10為本發(fā)明實(shí)施例8中Al體積百分比含量為50%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面對不同濃度的乙醇水溶液的接觸角和滾動角。
具體實(shí)施例方式下面通過結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
實(shí)施例I
(I)Al粉的表面處理室溫下將50 g Al粉通過超聲分散和攪拌使其在無水乙醇中形成懸浮液，然后加入偶聯(lián)劑(Y-氨丙基三乙氧基硅烷)后持續(xù)攪拌1(Γ30分鐘；隨后加入去離子水，在4(T60°C下超聲分散并攪拌30分鐘；離心分離粉體，然后使用無水乙醇洗滌f 3次后，在6(T12(TC下真空干燥2飛小時(shí)，自然冷卻到室溫后使用；
(2)A1/PVDF復(fù)合材料的制備稱取步驟(I)中硅烷偶聯(lián)劑改性得到的Al粉O. 0106g及聚合物基體PVDF I. 3825 g，使Al粉在復(fù)合材料中的體積百分含量為O. 5% ;將Al粉在DMAC中分散，PVDF在DMAC中溶解，然后將二者混合，機(jī)械攪拌30 min、超聲分散15 min混合均勻；將混合粉料置于硬質(zhì)合金模具中，在200 °C下于100 MPa壓力下熱壓15分鐘，冷 卻到室溫后得到直徑為20 mm，厚度為2 3 mm左右的A1/PVDF復(fù)合材料樣品。(3) A1/PVDF復(fù)合材料的表面處理將A1/PVDF復(fù)合材料樣品先用200#粗砂子打磨，然后用2000#細(xì)砂紙打磨到無明顯劃痕為止；隨后將復(fù)合材料樣品表面分別使用去離子水、無水乙醇和丙酮清洗，使用氮?dú)饬鞔蹈珊髮⑵浣氲椒噭┖繛镮 wt%的無水乙醇溶液中，在室溫下浸泡2 h后將樣品取出，使用無水乙醇清洗表面，氮?dú)獯蹈珊蠹吹玫紸1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面。Al含量為O. 5%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面對不同濃度乙醇水溶液的浸潤性測試結(jié)果見圖I。對乙醇體積百分比含量小于等于5%的乙醇水溶液的接觸角都在150°以上(見圖2)，滾動角都在5°以下，此濃度范圍內(nèi)的乙醇水溶液很難在復(fù)合材料表面停留；對乙醇體積百分比含量等于或大于10%的水溶液具有很強(qiáng)的粘附性，樣品翻轉(zhuǎn)180°時(shí)依然粘附在復(fù)合材料表面(見圖3)。A1/PVDF復(fù)合材料表面對乙醇水溶液的滾動角在溶液濃度59TlO%范圍內(nèi)發(fā)生突變，因此Al含量為O. 5%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面能實(shí)現(xiàn)對濃度小于等于5%或大于等于10%的乙醇水溶液進(jìn)行定性檢測。實(shí)施例2
稱取實(shí)施例2中硅烷偶聯(lián)劑改性得到的Al粉O. 0212 g及聚合物基體PVDF 1.3756 g，使Al粉在復(fù)合材料中的體積百分含量為1% ;其他步驟均與實(shí)施例I相同。Al含量為1%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面對不同濃度乙醇水溶液的浸潤性測試結(jié)果見圖4。對乙醇體積百分比含量小于等于15%的乙醇水溶液的接觸角都在150°以上，滾動角都在5°以下，此濃度范圍內(nèi)的乙醇水溶液很難在復(fù)合材料表面停留；對乙醇體積百分比含量大于20%的乙醇水溶液具有很強(qiáng)的粘附性，樣品翻轉(zhuǎn)180°時(shí)依然粘附在復(fù)合材料表面。A1/PVDF復(fù)合材料表面對乙醇水溶液的滾動角在溶液濃度15°/Γ20%范圍內(nèi)發(fā)生突變，因此Al含量為1%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面能實(shí)現(xiàn)對濃度小于等于15%或大于等于20%的乙醇水溶液進(jìn)行定性檢測。實(shí)施例3
稱取實(shí)施例2中硅烷偶聯(lián)劑改性得到的Al粉O. 1060 g及聚合物基體PVDF 1.3299 g，使Al粉在復(fù)合材料中的體積百分含量為5% ;其他步驟均與實(shí)施例I相同。Al含量為5%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面對不同濃度乙醇水溶液的浸潤性測試結(jié)果見圖5。對乙醇體積百分比含量小于等于15%的乙醇水溶液的接觸角都在150°以上，滾動角都在5°以下，此濃度范圍內(nèi)的乙醇水溶液很難在復(fù)合材料表面停留；對乙醇體積百分比含量大于20%的乙醇水溶液具有很強(qiáng)的粘附性，樣品翻轉(zhuǎn)180°時(shí)依然粘附在復(fù)合材料表面。A1/PVDF復(fù)合材料表面對乙醇水溶液的滾動角在溶液濃度15°/Γ20%范圍內(nèi)發(fā)生突變，因此Al含量為5%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面能實(shí)現(xiàn)對濃度小于等于15%或大于等于20%的乙醇水溶液進(jìn)行定性檢測。實(shí)施例4
稱取實(shí)施例2中硅烷偶聯(lián)劑改性得到的Al粉O. 2120 g及聚合物基體PVDF 1.2505 g，使Al粉在復(fù)合材料中的體積百分含量為10% ;其他步驟均與實(shí)施例I相同。Al含量為10%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面對不同濃度乙醇水溶液的浸潤性測試結(jié)果見圖6。對乙醇體積百分比含量小于等于15%的乙醇水溶液的接觸角都在150°以上，滾動角都在5°以下，此濃度范圍內(nèi)的乙醇水溶液很難在復(fù)合材料表面停留；對乙醇體積百分比含量大于20%的乙醇水溶液具有很強(qiáng)的粘附性，樣品翻轉(zhuǎn)180°時(shí)依然粘附在復(fù)合材料表面。A1/PVDF復(fù)合材料表面對乙醇水溶液的滾動角在溶液濃度15°/Γ20%范圍內(nèi)發(fā)生突變，因此Al含量為10%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面能實(shí)現(xiàn)對濃度小于等于15%或大于等于20%的乙醇水溶液進(jìn)行定性檢測。實(shí)施例5
稱取實(shí)施例2中硅烷偶聯(lián)劑改性得到的Al粉O. 4239 g及聚合物基體PVDF 1.1116 g，使Al粉在復(fù)合材料中的體積百分含量為20% ;其他步驟均與實(shí)施例I相同。Al含量為20%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面對不同濃度乙醇水溶液的浸潤性測試結(jié)果見圖7。對乙醇體積百分比含量小于等于15%的乙醇水溶液的接觸角都在150°以上，滾動角都在5°以下，此濃度范圍內(nèi)的乙醇水溶液很難在復(fù)合材料表面停留；對乙醇體積百分比含量大于25%的乙醇水溶液具有很強(qiáng)的粘附性，樣品翻轉(zhuǎn)180°時(shí)依然粘附在復(fù)合材料表面。A1/PVDF復(fù)合材料表面對乙醇水溶液的滾動角在溶液濃度15°/Γ25%范圍內(nèi)發(fā)生突變，因此Al含量為20%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面能實(shí)現(xiàn)對濃度小于等于15%或大于等于25%的乙醇水溶液進(jìn)行定性檢測。實(shí)施例6
稱取實(shí)施例2中硅烷偶聯(lián)劑改性得到的Al粉O. 6359 g及聚合物基體PVDF O. 9726 g，使Al粉在復(fù)合材料中的體積百分含量為30% ;其他步驟均與實(shí)施例I相同。Al含量為30%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面對不同濃度乙醇水溶液的浸潤性測試結(jié)果見圖8。對乙醇體積百分比含量小于等于15%的乙醇水溶液的接觸角都在150°以上，滾動角都在5°以下，此濃度范圍內(nèi)的乙醇水溶液很難在復(fù)合材料表面停留；對乙醇體積百分比含量大于25%的乙醇水溶液具有很強(qiáng)的粘附性，樣品翻轉(zhuǎn)180°時(shí)依然粘附在復(fù)合材料表面。A1/PVDF復(fù)合材料表面對乙醇水溶液的滾動角在溶液濃度15°/Γ25%范圍內(nèi)發(fā)生突變，因此Al含量為10%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面能實(shí)現(xiàn)對濃度小于等于15%或大于等于25%的乙醇水溶液進(jìn)行定性檢測。實(shí)施例7
稱取實(shí)施例2中硅烷偶聯(lián)劑改性得到的Al粉O. 8478 g及聚合物基體PVDF O. 8336 g，使Al粉在復(fù)合材料中的體積百分含量為40% ;其他步驟均與實(shí)施例I相同。Al含量為40%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面對不同濃度乙醇水溶液的浸潤性測試結(jié)果見圖9。對乙醇體積百分比含量小于等于20%的乙醇水溶液的接觸角都在150°以上，滾動角都在5°以下，此濃度范圍內(nèi)的乙醇水溶液很難在復(fù)合材料表面停留；對乙醇體積百分比含量為30%的乙醇水溶液的滾動角在10°以下，溶液容易滾走；對乙醇體積百分比含量大于25%的乙醇水溶液具有很強(qiáng)的粘附性，樣品翻轉(zhuǎn)180°時(shí)依然粘附在復(fù)合材料表面。A1/PVDF復(fù)合材料表面對乙醇水溶液的滾動角在溶液濃度20°/Γ30%范圍內(nèi)發(fā)生突變，因此Al含量為40%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面能實(shí)現(xiàn)對濃度小于等于20%或大于等于30%的乙醇水溶液進(jìn)行定性檢測。實(shí)施例8
稱取實(shí)施例2中硅烷偶聯(lián)劑改性得到的Al粉I. 0598 g及聚合物基體PVDF O. 6947 g，使Al粉在復(fù)合材料中的體積百分含量為50% ;其他步驟均與實(shí)施例I相同。Al含量為50%的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面對不同濃度乙醇水溶液的浸潤性測試結(jié)果見圖10。對乙醇體積百分比含量小于等于25%的乙醇水溶液的接觸角都在150°以上，滾動角都在5°以下，此濃度范圍內(nèi)的乙醇水溶液很難在復(fù)合材料表面停留；對乙醇體積百分比含量大于50%的乙醇水溶液具有很強(qiáng)的粘附性，樣品翻轉(zhuǎn)180°時(shí)依然粘附在復(fù)合材料表面。A1/PVDF復(fù)合材料表面對乙醇水溶液的滾動角在溶液濃度25°/Γ50%范圍內(nèi)發(fā)生突變，因此Al含量為50% 的A1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面能實(shí)現(xiàn)對濃度小于等于25%或大于等于50%的乙醇水溶液進(jìn)行定性檢測。
權(quán)利要求
1.一種對醇水溶液浸潤性可調(diào)的A1/PVDF超疏水表面，其特征在于所述的A1/PVDF復(fù)合材料有著以下的物質(zhì)組成經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的Al粉和聚合物基體材料PVDF ;所述的Al粉體積百分比含量為1% 50%，聚合物基體PVDF的體積百分比含量為509^99% ;所述的Al粉平均粒徑為800 nm,經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理后使用，其中硅烷偶聯(lián)劑與Al粉的質(zhì)量比為I 100 ;所述的聚合物基體PVDF熔點(diǎn)為167 0C，平均粒徑為25 u m。
2.如權(quán)利要求I所述的一種對醇水溶液浸潤性可調(diào)的A1/PVDF超疏水表面的制備方法，其特征在于它包括以下的步驟 (1)Al粉的表面處理室溫下將Al粉通過超聲分散和攪拌使其在無水乙醇中形成懸浮液，然后加入硅烷偶聯(lián)劑后持續(xù)攪拌1(T30分鐘；隨后加入去離子水，在4(T6(TC下超聲分散并攪拌30分鐘；離心分離粉體，然后使用無水 乙醇洗滌f 3次后，在6(Tl20°C下真空干燥2飛小時(shí)，自然冷卻到室溫后使用； (2)A1/PVDF復(fù)合材料的制備稱取步驟(I)中經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑改性得到的Al粉及聚合物基體PVDF，使Al粉在復(fù)合材料中的體積百分含量為f 50%，PVDF的體積百分比含量為50^99% ;將Al粉在DMAC中分散，PVDF在DMAC中溶解，然后將二者混合，機(jī)械攪拌30 min,超聲分散15 min混合均勻，然后將混合粉料置于硬質(zhì)合金模具中，在200 °C下于100 Mpa壓力下熱壓20分鐘，冷卻到室溫后得到直徑為20 mm，厚度為2 3 mm左右的A1/PVDF復(fù)合材料樣品； (3)A1/PVDF復(fù)合材料的表面處理將步驟(2)得到的A1/PVDF復(fù)合材料樣品先用200#粗砂子打磨，然后用2000#細(xì)砂紙打磨到無明顯劃痕為止；隨后將復(fù)合材料樣品表面分別先后使用去離子水、無水乙醇和丙酮清洗，使用氮?dú)饬鞔蹈珊髮⑵浣氲椒噭┖繛镮wt%的無水乙醇溶液中，在室溫下浸泡2 h后將樣品取出，使用無水乙醇清洗表面，再用氮?dú)獯蹈珊蠹吹玫綄Σ煌瑵舛纫掖妓芤壕哂胁煌櫺缘腁1/PVDF復(fù)合材料超疏水表面。
3.如權(quán)利要求2所述的一種對醇水溶液浸潤性可調(diào)的A1/PVDF超疏水表面的制備方法，其特征在于所述氟化試劑為1H、1H、2H、2H-全氟辛基三氯硅烷。
4.如權(quán)利要求I或2所述的一種對醇水溶液浸潤性可調(diào)的A1/PVDF超疏水表面的制備方法，其特征在于所述的娃燒偶聯(lián)劑為Y-氨丙基二乙氧基娃燒。
全文摘要
一種對醇水溶液浸潤性可調(diào)的Al/PVDF超疏水表面的制備方法，復(fù)合材料由金屬鋁粉和聚合物基體聚偏氟乙烯(PVDF)組成；其配方按照體積百分比為Al含量1%~50%，PVDF含量50%~99%；材料的制備方法是將Al粉用偶聯(lián)劑改性處理，將改性的Al粉與PVDF在N,N’-二甲基乙酰胺中混合，去除溶劑后熱壓得到Al/PVDF復(fù)合材料；復(fù)合材料表面經(jīng)過砂紙打磨后使用氟化試劑修飾即得到Al/PVDF復(fù)合材料超疏水表面；本發(fā)明的Al/PVDF復(fù)合材料超疏水表面制備工藝簡單，成本低廉，本發(fā)明制得的Al/PVDF復(fù)合材料超疏水表面可對水中乙醇含量進(jìn)行快速定性檢測。
文檔編號C08L27/16GK102660096SQ20121016740
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者余石金, 李文, 王法軍, 譚宗尚, 辛洪南 申請人:南昌航空大學(xué)