專利名稱：苯乙烯嵌段共聚物薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機(jī)高分子材料，尤其是涉及苯乙烯嵌段共聚物薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
潤濕性是固體表面的一個重要性質(zhì)，主要由固體表面的化學(xué)組成和表面粗糙度決定。受荷葉效應(yīng)的啟發(fā)，具有超疏水性表面的固體材料(材料表面與水的接觸角大于150° )引起了人們廣泛的興趣。由于超疏水材料獨特的表面性質(zhì)，使其可以廣泛應(yīng)用于防水、防污、自清潔、流體減阻、抑菌等領(lǐng)域，因此超疏水材料在現(xiàn)實生產(chǎn)和生活中具有廣闊的應(yīng)用 前景。自然界生物體表面的結(jié)構(gòu)仿生結(jié)果給予我們啟示，超疏水性表面可以通過兩種方法來制備一種方法是利用疏水材料來構(gòu)建表面粗糙結(jié)構(gòu)；另一種方法是在粗糙表面上修飾低表面能的物質(zhì)。江雷等(Angewandte Chemie-1nternational Edition,43, 4338,2004，)報道了利用電紡技術(shù)制備微-納米結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯超疏水表面。清華大學(xué)張希教授研究小組(Journal of the American Chemical Society, 126，3064, 2004)利用交替沉積(layerby-layer, LBL)的方法在ITO電極上形成了聚電解質(zhì)多層膜,然后用電化學(xué)層積在其上生長樹枝狀金納米簇，在金納米簇上化學(xué)吸附十二烷基硫醇自組裝單層膜，最后得到了超疏水性薄膜。除了以上方法以外，還有溶膠-凝膠法、等離子體處理法、激光刻蝕法、氣相沉積法、電化學(xué)法、模板法等。然而，現(xiàn)有的這些方法要么使用昂貴的材料，要么過程復(fù)雜需要使用苛刻的化學(xué)條件，難以推廣應(yīng)用。因此發(fā)明一種簡單的技術(shù)制備超疏水表面是非常必要的。另外,人們對超疏水表面的研究大多集中在兼具高接觸角及低滾動角的表面,很少有人關(guān)注到液滴在超疏水性固體表面具有高粘滯性這一領(lǐng)域的研究。實際上，這種表面也代表了一類在理論及應(yīng)用上都具有重要研究價值的界面材料。與荷葉表面的自清潔性不同，這種表面的動態(tài)浸潤性行為的重要性在于，可以在無損失液體的傳輸上起到“機(jī)械手”的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有超疏水表面制備方法存在的問題，提供一種性能好、成本低廉、易于生產(chǎn)的超疏水高粘性的苯乙烯嵌段共聚物薄膜及其制備方法。本發(fā)明所述苯乙烯嵌段共聚物薄膜的嵌段共聚物選自線形苯乙烯-丁二烯兩嵌段共聚物，線形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，苯乙烯-異戊二烯嵌段共聚物，膜厚為2 10 μ m,具有微米、納米結(jié)合的多級微觀結(jié)構(gòu)，即直徑在納米尺度的嵌段共聚物“膠束”結(jié)構(gòu)，形成連續(xù)的微米級“線”，并堆砌成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的孔洞尺度在納米 微米范圍；膜與水的接觸角大于150°。所述苯乙烯嵌段共聚物薄膜具有很大的滾動角，即使在薄膜倒置時，水滴也不會掉落下來，具有高粘性，可以應(yīng)用于無損失液體的傳輸。所述苯乙烯嵌段共聚物薄膜的制備方法如下以苯乙烯嵌段共聚物的選擇性溶劑溶解嵌段共聚物，制得嵌段共聚物膠束溶液，并在嵌段共聚物的有機(jī)沉淀劑蒸汽氣氛中通過溶劑揮發(fā)法制備苯乙烯嵌段共聚物薄膜。所述苯乙烯嵌段共聚物可選自線形苯乙烯-丁二烯兩嵌段共聚物，線形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，苯乙烯-異戊二烯嵌段共聚物等中的一種。所述選擇性溶劑可選自丁酮，乙酸乙酯等中的一種。所述苯乙烯嵌段共聚物膠束溶液的濃度范圍可為3 50 g/L。·
所述苯乙烯嵌段共聚物膠束溶液的揮發(fā)，在苯乙烯嵌段共聚物的有機(jī)沉淀劑蒸汽氣氛中進(jìn)行。所述苯乙烯嵌段共聚物的有機(jī)沉淀劑可選自甲醇，乙醇等中的一種。苯乙烯嵌段共聚物膠束溶液在其有機(jī)沉淀劑蒸汽氣氛中揮發(fā)O.1 5h，即可制得苯乙烯嵌段共聚物薄膜。與現(xiàn)有的制備方法相比，本發(fā)明采用一步法制備嵌段共聚物薄膜，簡化了試驗步驟，操作工藝簡單，可控性、重現(xiàn)性好，無需任何昂貴設(shè)備、也不需要復(fù)雜的化學(xué)處理過程，具有很好的應(yīng)用前景。同時，本發(fā)明采用丁酮、乙酸乙酯、甲醇、乙醇等簡單的有機(jī)試劑，具有安全、價廉等特點，且易于放大，為工業(yè)化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。另外，所制得的超疏水高粘性苯乙烯嵌段共聚物薄膜為微米、納米結(jié)合的多級微觀結(jié)構(gòu)，與水的接觸角大于150°，具有很大的滾動角；即使在薄膜倒置時，水滴也不會掉落下來，具有高粘性，可以應(yīng)用于無損失液體的傳輸。


圖1為本發(fā)明實施例1制備的苯乙烯嵌段共聚物薄膜的掃描電鏡照片。在圖1中，標(biāo)尺為IOym ;插圖是對應(yīng)的接觸角測試圖。圖2為圖1的苯乙烯嵌段共聚物薄膜的電鏡結(jié)構(gòu)放大圖。在圖2中，標(biāo)尺為2 μ m。圖3為本發(fā)明實施例2制備的苯乙烯嵌段共聚物薄膜的掃描電鏡照片。在圖3中，標(biāo)尺為2μπι ;插圖是對應(yīng)的接觸角測試圖。圖4為本發(fā)明實施例2制備的苯乙烯嵌段共聚物薄膜其斷面的掃描電鏡照片。在圖4中，標(biāo)尺為10 μ m。圖5為本發(fā)明實施例3制備的苯乙烯嵌段共聚物薄膜的掃描電鏡照片，插圖是對應(yīng)的接觸角測試圖。在圖5中，標(biāo)尺為Ιμπι。圖6為本發(fā)明實施例1制備的苯乙烯嵌段共聚物薄膜在90°和180°傾斜角下的粘滯性測試圖。在圖6中，(a)為90°，(b)為180°。圖7為本發(fā)明實施例1制備的苯乙烯嵌段共聚物薄膜上模擬“機(jī)械手”從疏水的荷葉下上“抓取”液滴和接觸粘取水滴過程(A-B-C-D)。圖8為本發(fā)明實施例5在玻璃板上制備大面積IOcmX IOcm苯乙烯嵌段共聚物薄膜。
具體實施方式
以下結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。實施例1準(zhǔn)確配制5mg/mL苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的丁酮膠束溶液備用。向200mL玻璃瓶中加入約5 IOmL乙醇使瓶內(nèi)充滿飽和乙醇?xì)夥眨⒎湃胄K規(guī)則海綿用以墊放玻璃基片。通過微量注射器將聚合物膠束溶液滴加到玻璃基片上，蓋上玻璃瓶蓋，溶劑揮發(fā)使得液膜表面溫度降低，進(jìn)而使得乙醇?xì)怏w在液膜表面冷凝，3 5h后，待丁酮和乙醇完全揮發(fā)即可制得白色類凝膠狀多孔結(jié)構(gòu)薄膜。將薄膜噴金后在電鏡下觀察。實施例1制備的苯乙烯嵌段共聚物薄膜的掃描電鏡照片參見圖1，苯乙烯嵌段共聚物薄膜的電鏡結(jié)構(gòu)放大圖參見圖2，實施例1制備的苯乙烯嵌段共聚物薄膜在90°和 180°傾斜角下的粘滯性測試圖參見圖6，實施例1制備的苯乙烯嵌段共聚物薄膜上模擬“機(jī)械手”從疏水的荷葉下上“抓取”液滴和接觸粘取水滴過程參見圖7。實施例2準(zhǔn)確配制10mg/mL苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的丁酮膠束溶液，用實施例I的制備方法制備聚合物薄膜。將制得的薄膜連同玻璃基片置入液氮中淬冷，幾分鐘后將其取出并脆斷。將薄膜表面及斷面噴金后在電鏡下觀察。實施例2制備的苯乙烯嵌段共聚物薄膜的掃描電鏡照片參見圖3，實施例2制備的苯乙烯嵌段共聚物薄膜其斷面的掃描電鏡照片參見圖4。實施例3準(zhǔn)確配制10mg/mL苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的乙酸乙酯膠束溶液，用實施例1的制備方法制備聚合物薄膜。將薄膜噴金后在電鏡下觀察。實施例3制備的苯乙烯嵌段共聚物薄膜的掃描電鏡照片參見圖5。實施例4利用實施例1制備得到的薄膜模擬“機(jī)械手”從疏水的荷葉上“抓取”液滴。實施例5準(zhǔn)確配制5mg/mL苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的丁酮膠束溶液，向保鮮盒中加入約50mL乙醇使盒內(nèi)充滿飽和乙醇?xì)夥?，將IOcmX IOcm玻璃板墊放在乙醇液面上，通過5mL注射器將聚合物膠束溶液滴加到玻璃板上，蓋上保鮮盒蓋，待玻璃板上丁酮溶劑和乙醇沉淀劑揮發(fā)完全即可制得薄膜。
權(quán)利要求
1.苯乙烯嵌段共聚物薄膜，其特征在于其嵌段共聚物選自線形苯乙烯-丁二烯兩嵌段共聚物，線形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物或苯乙烯-異戊二烯嵌段共聚物，膜厚為2 10 μ m，具有微米、納米結(jié)合的多級微觀結(jié)構(gòu)，即直徑在納米尺度的嵌段共聚物“膠束”結(jié)構(gòu)，形成連續(xù)的微米級“線”，并堆砌成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的孔洞尺度在納米 微米范圍；膜與水的接觸角大于150°。
2.如權(quán)利要求1所述苯乙烯嵌段共聚物薄膜的制備方法，其特征在于其步驟如下 以苯乙烯嵌段共聚物的選擇性溶劑溶解嵌段共聚物，制得嵌段共聚物膠束溶液，并在嵌段共聚物的有機(jī)沉淀劑蒸汽氣氛中通過溶劑揮發(fā)法制備苯乙烯嵌段共聚物薄膜。
3.如權(quán)利要求2所述苯乙烯嵌段共聚物薄膜的制備方法，其特征在于所述選擇性溶劑選自丁酮，乙酸乙酯中的一種。
4.如權(quán)利要求2所述苯乙烯嵌段共聚物薄膜的制備方法，其特征在于所述苯乙烯嵌段共聚物膠束溶液的濃度范圍為3 50g/L。
5.如權(quán)利要求2所述苯乙烯嵌段共聚物薄膜的制備方法，其特征在于所述苯乙烯嵌段共聚物的有機(jī)沉淀劑選自甲醇，乙醇中的一種。
全文摘要
苯乙烯嵌段共聚物薄膜及其制備方法，涉及一種有機(jī)高分子材料。苯乙烯嵌段共聚物薄膜的嵌段共聚物選自線形苯乙烯-丁二烯兩嵌段共聚物，線形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，苯乙烯-異戊二烯嵌段共聚物，膜厚為2～10μｍ,具有微米、納米結(jié)合的多級微觀結(jié)構(gòu)，即直徑在納米尺度的嵌段共聚物“膠束”結(jié)構(gòu)，形成連續(xù)的微米級“線”，并堆砌成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的孔洞尺度在納米～微米范圍；膜與水的接觸角大于150°。以苯乙烯嵌段共聚物的選擇性溶劑溶解嵌段共聚物，制得嵌段共聚物膠束溶液，并在嵌段共聚物的有機(jī)沉淀劑蒸汽氣氛中通過溶劑揮發(fā)法制備苯乙烯嵌段共聚物薄膜。性能好、成本低廉、易于生產(chǎn)。
文檔編號C08J5/18GK103013024SQ20121052881
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者熊曉鵬, 林明峰 申請人:廈門大學(xué)