專利名稱：一種聚合物基定向超疏水材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超疏水材料的制備，特別涉及一種聚合物基定向超疏水材料的制
備方法。
背景技術(shù)：
來(lái)自于荷葉的靈感，超疏水材料能有效地防濕，凝水，這種性能對(duì)于一些必須保持干燥，清潔的材料設(shè)備是非常重要的。來(lái)自于蒼蠅眼的靈感，超疏水材料能有效地防霧、防垢，適用于很多光學(xué)材料領(lǐng)域。另外，由于超疏水材料表面上水滴極易滾動(dòng)，可以有效的減小水的阻力而在室外建筑物表面、管道、潛艇等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)于水稻葉的研究發(fā)現(xiàn)，超疏水表面微米級(jí)別的定向突起能有效的控制水滴的滾動(dòng)方向，從而使定向疏水成為可能。定向疏水能保證水滴盡可能的在一個(gè)方向上流動(dòng)，達(dá)到水滴走向可控的目標(biāo)。定向疏水不僅本身應(yīng)用前景可觀，而且還在超疏水性“開(kāi)關(guān)”上提出了一種新的探索方向?，F(xiàn)有的定向超疏水工藝非常復(fù)雜，例如微納加工、納米蝕刻等技術(shù)，設(shè)備要求高，工期長(zhǎng)，成本高等缺點(diǎn)，而從生物體上復(fù)形的工藝則具有形狀單一、步驟繁瑣、無(wú)法大面積制備等的缺陷。所以開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)單實(shí)用的制備方法，是推廣應(yīng)用定向超疏水材料的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、性能優(yōu)異的聚合物基定向超疏水材料的制備方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是—種聚合物基定向超疏水材料的制備方法為(1)以針狀的金屬絲或合成纖維為模板，先將模板與純鋁片(純度大于96.0%)置于乙醇或丙酮中清洗并浸泡lh，80°C烘干，去除表面污垢后得到預(yù)處理后的模板和預(yù)處理后的純鋁片，將預(yù)處理后的模板排列在預(yù)處理后的純鋁片上，并施加20 200MI^壓力持續(xù)壓制50 100s，之后剝離模板得到壓制過(guò)的純鋁片，將壓制過(guò)的純鋁片用去離子水洗滌并烘干，然后浸泡于刻蝕試劑中5 180s，獲得前軀體；所述模板的徑寬為5 40 μ m，所述刻蝕試劑為質(zhì)量濃度10 40%鹽酸水溶液和質(zhì)量濃度20 40%氫氟酸水溶液以體積比1 :0. 5 2的混合溶液；(2)以聚合物為復(fù)型材料，將步驟(1)制得的前軀體置于與之匹配的模具內(nèi)，將聚合物顆粒撤在所述的前軀體上，加熱模具至聚合物的熔化溫度，持續(xù)至聚合物完全熔化并軟化，在軟化的聚合物上施加20 200MPa的壓力持續(xù)10 30min，待模具冷卻后，取出，剝離去除前軀體，獲得聚合物基定向超疏水材料，所述聚合物為高密度聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚異丁烯、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯或聚酯中的一種。進(jìn)一步，步驟(1)所述金屬絲為下列之一不銹鋼絲、銅絲、鋁絲、鈦絲或鎳絲，所述合成纖維適合多種纖維材料，優(yōu)選為下列之一碳纖維、聚酯纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維或聚四氟乙烯纖維。
優(yōu)選的，步驟(1)所述模板采用機(jī)械打磨和/或在鹽酸和氫氟酸的混合溶液中緩慢腐蝕將所述的金屬絲或合成纖維制備成徑寬為5 40 μ m圓柱形，所述鹽酸和氫氟酸混合液為鹽酸、氫氟酸和水以質(zhì)量比為1 0. 5 4 3 10的混合溶液。也推薦步驟(1)所述模板為金屬絲或合成纖維編成的網(wǎng)孔大小為10 60μπι，徑寬為5 40 μ m的網(wǎng)或表面具有明顯網(wǎng)狀凹凸結(jié)構(gòu)的氈。本發(fā)明優(yōu)選，步驟(1)所述將模板排列在所述預(yù)處理后的純鋁片上，所施加的壓力為160MPa持續(xù)60s，剝離模板后得到壓制過(guò)的純鋁片。步驟(2)推薦在軟化的聚合物上施加50 IlOMPa的壓力持續(xù)30min。步驟( 推薦以聚合物為復(fù)型材料，將步驟(1)制得的前軀體置于與之匹配的模具內(nèi)，再將聚合物顆粒撤在所述的前軀體上，加熱模具至150 200°C，持續(xù)30min，完全熔化并軟化，在軟化的聚合物上施加20 200MPa的壓力持續(xù)10 30min，待模具冷卻后，取出，剝離去除前軀體，獲得聚合物基定向超疏水材料所述的聚合物為高密度聚乙烯或聚丙火布。步驟( 聚合物顆粒的質(zhì)量用量對(duì)本發(fā)明沒(méi)有影響，主要目的是用于壓片，通常優(yōu)選為10 20g/dm2前軀體。由于本發(fā)明工藝主要在材料表面進(jìn)行，所以對(duì)材料的表面清潔度較高。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在本發(fā)明將微米纖維、網(wǎng)、氈等具有一維特征的物體壓在較軟的純鋁薄片上，再通過(guò)刻蝕、復(fù)型獲得定向聚合物基超疏水材料，根據(jù)掃描電鏡(SEM)觀察發(fā)現(xiàn)最后得到的疏水材料上確實(shí)有針狀(條狀)突起，根據(jù)靜態(tài)接觸角測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在平行于針狀(條狀)方向上的接觸角明顯小于垂直方向，差值在5° 15°，根據(jù)動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)試，發(fā)現(xiàn)平行于針狀(條狀)方向上的滾動(dòng)角也較小，差值在3° 10°，本發(fā)明聚合物基超疏水材料具有定向疏水功能，即不同維度上疏水性的差異可以使材料表面的水滴盡可能的沿指定方向滾動(dòng)。
具體實(shí)施例方式

圖1實(shí)施例1定向超疏水材料的SEM圖；圖2實(shí)施例1定向超疏水材料的接觸角測(cè)試圖；圖3實(shí)施例2定向超疏水材料的SEM圖；圖4實(shí)施例2定向超疏水材料的接觸角測(cè)試 圖5實(shí)施例3定向超疏水材料的SEM圖；圖6實(shí)施例3定向超疏水材料的接觸角測(cè)試圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此實(shí)施例1 (1)帶有針狀(條狀)凹陷前軀體的制備直接購(gòu)買不銹鋼絲(SUS-304wpS，直徑50 79 μ m,廠家上海安哈不銹鋼有限公司)，剪裁長(zhǎng)度至3cm，利用砂紙機(jī)械打磨，再利用鹽酸和氫氟酸的混合溶液(HCl HF H2O = 28. 1 2.2 69. 7 ；質(zhì)量比)緩慢腐蝕直至將其徑寬控制在40 μ m左右作為模板，利用去離子水清洗并干燥后，將這些模板均勻排列在3cmX6cmX0. 2cm用無(wú)水乙醇清洗過(guò)的純鋁片(1060，廠家杭州駿旺金屬制品有限公司)，利用平板硫化機(jī)01LB-25D/Q，廠家無(wú)錫市第一橡膠機(jī)械有限公司)施加IeOMI3aS力，保壓60s，剝離模板后獲得壓制后的純鋁片，將壓制后的純鋁片置于質(zhì)量濃度20%鹽酸水溶液和質(zhì)量濃度20%氫氟酸水溶液以體積比1 0. 5的混合刻蝕溶液中浸泡30s，得到帶有針狀凹陷的前軀體3cmX6cmX0. 2cm,電鏡掃描如圖1所示；(2)疏水材料的制備在上述帶有針狀凹陷的前軀體上均勻的撒上高密度聚乙烯顆粒(型號(hào)F600，廠家上海鑫川貿(mào)易有限公司)，聚乙烯的用量為10g/dm2，一起放入平板硫化機(jī)中，升溫并保持溫度在200°C，施加50MPa壓力，持續(xù)0. 5h,待完全冷卻后取出，剝離掉前軀體，即可得到聚乙烯基定向超疏水的薄片，對(duì)薄片進(jìn)行接觸角測(cè)試(測(cè)試儀器為DataPhysics OCA ；35)，結(jié)果見(jiàn)圖 2。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)在平行于條狀方向上的靜態(tài)接觸角明顯小于垂直方向，差值在6°左右，而動(dòng)態(tài)接觸角差值在5°左右，表明發(fā)明聚合物基超疏水材料具有定向疏水功能。實(shí)施例2 (1)帶有針狀(條狀)凹陷前軀體的制備直接購(gòu)買直徑在7μπι的碳纖維布(網(wǎng)眼50 250 μ m，廠家無(wú)錫市和盛源碳纖維科技有限公司)，用無(wú)水乙醇中清洗并浸泡lh，80°C烘干后，將這些碳纖維均勻排列在3cmX6cmX0. 2cm丙酮清洗過(guò)的的純鋁片(1060，廠家杭州駿旺金屬制品有限公司)，利用平板硫化機(jī)施加200MI^壓力，保壓60s，并置于質(zhì)量濃度20%鹽酸水溶液和質(zhì)量濃度20%氫氟酸水溶液以體積比1 1的混合刻蝕溶液中浸泡30s，得到帶有針狀(條狀)凹陷的前軀體3cmX6cmX0. 2cm,電鏡掃描見(jiàn)圖3所示。(2)疏水材料的制備在上述前軀體上均勻的撒上聚苯乙烯顆粒(型號(hào)GPPS150，廠家大慶石化)聚苯乙烯的用量為15g/dm2，升溫并保持溫度在200°C，一起放入平板硫化機(jī)中，施加SOMPa壓力，持續(xù)0.證，待完全冷卻后取出，剝離掉前軀體，即可得到聚乙烯基定向超疏水的薄片，對(duì)薄片進(jìn)行接觸角測(cè)試(測(cè)試儀器為DataPhysics 0CA35)，結(jié)果見(jiàn)圖4所示。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)在平行于條狀方向上的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)接觸角明顯小于垂直方向，差值分別在4°和8°左右，表明發(fā)明聚合物基超疏水材料具有定向疏水功能。實(shí)施例3 (1)帶有針狀(條狀)凹陷前軀體的制備直接購(gòu)買絲徑在40 μ m的銅網(wǎng)(100目，廠家石家莊安華金屬絲網(wǎng)制品有限責(zé)任公司)。用丙酮清洗并浸泡lh，80°C烘干后，將銅網(wǎng)平整的覆蓋在3cmX6cmX0. 2cm丙酮清洗過(guò)的的純鋁片(1060，廠家杭州駿旺金屬制品有限公司)，利用平板硫化機(jī)施加150MI^壓力，保壓60s，并置于質(zhì)量濃度20%鹽酸水溶液和質(zhì)量濃度20%氫氟酸水溶液以體積比1 2的混合刻蝕溶液中浸泡30s，得到帶有針狀(條狀)凹陷的前軀體3cm X 6cm X0. 2cm,電鏡掃描見(jiàn)圖5所示。(2)疏水材料的制備在上述前軀體上均勻的撒上聚丙烯顆粒(型號(hào)F401，廠家東莞市常平勤業(yè)行塑膠原料經(jīng)營(yíng)部)聚丙烯的用量為20g/dm2，一起放入平板硫化機(jī)，升溫并保持溫度在200°C，施加IlOMPa壓力，持續(xù)0. 5h,待完全冷卻后取出，剝離掉前軀體，即可得到聚丙烯定向超疏水的薄片，對(duì)薄片進(jìn)行接觸角(測(cè)試儀器為DataPhysics 0CA35)測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖6。
經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)在平行于條狀方向上的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)接觸角明顯小于垂直方向，差值分別在3°和9°左右，表明發(fā)明聚合物基超疏水材料具有定向疏水功能。
權(quán)利要求
1.一種聚合物基定向超疏水材料的制備方法，其特征在于所述方法為(1)以針狀的金屬絲或合成纖維為模板，先將模板與純鋁片置于乙醇或丙酮中清洗并浸泡lh，80°C烘干，去除表面污垢后得到預(yù)處理后的模板和預(yù)處理后的純鋁片，將預(yù)處理后的模板排列在預(yù)處理后的純鋁片上，并施加20 200MI^壓力壓制50 100s，之后剝離模板得到壓制過(guò)的純鋁片，將壓制過(guò)的純鋁片用去離子水洗滌并烘干，然后浸泡于刻蝕試劑中5 180s，獲得前軀體；所述模板的徑寬為5 40 μ m，所述刻蝕試劑為質(zhì)量濃度10 40%鹽酸水溶液和質(zhì)量濃度20 40%氫氟酸水溶液以體積比1 0.5 2的混合溶液；( 以聚合物為復(fù)型材料，將步驟(1)制得的前軀體置于與之匹配的模具內(nèi)，將聚合物顆粒撤在所述的前軀體上，加熱模具至聚合物的熔化溫度，持續(xù)至聚合物完全熔化并軟化，在軟化的聚合物上施加20 200MPa的壓力持續(xù)10 30min，待模具冷卻后，取出，剝離去除前軀體，獲得聚合物基定向超疏水材料，所述聚合物為高密度聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚異丁烯、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯或聚酯中的一種。
2.如權(quán)利要求1所述的聚合物基定向超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟(1)所述金屬絲為下列之一銅絲、不銹鋼絲、鋁絲、鈦絲或鎳絲，所述合成纖維為下列之一碳纖維、聚酯纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維或聚四氟乙烯纖維。
3.如權(quán)利要求1所述的聚合物基定向超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟(1)所述模板采用機(jī)械打磨和/或在鹽酸和氫氟酸的混合溶液中緩慢腐蝕，將所述的金屬絲或合成纖維制備成徑寬為5 40 μ m圓柱形，所述鹽酸和氫氟酸混合液為鹽酸、氫氟酸和水以質(zhì)量比為1 0.5 4 3 10的混合溶液。
4.如權(quán)利要求1所述的聚合物基定向超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟(1)所述模板為金屬絲或合成纖維編成的網(wǎng)孔大小為10 60 μ m，徑寬為5 40 μ m的網(wǎng)或表面具有明顯網(wǎng)狀凹凸結(jié)構(gòu)的氈。
5.如權(quán)利要求1所述的聚合物基定向超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟(1)所述將模板排列在所述預(yù)處理后的純鋁片上，所施加的壓力為160MI^持續(xù)60s，得到壓制過(guò)的純鋁片。
6.如權(quán)利要求1所述的聚合物基定向超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟(2)所述聚合物為下列之一高密度聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯。
7.如權(quán)利要求1所述的聚合物基定向超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟(2)在軟化的聚合物上施加50 IlOMPa的壓力持續(xù)30min。
8.如權(quán)利要求1所述的聚合物基定向超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟(2)以聚合物為復(fù)型材料，將步驟(1)制得的前軀體置于與之匹配的模具內(nèi)，將聚合物顆粒撤在所述的前軀體上，加熱模具至150 200°C，持續(xù)30min完全熔化并軟化，在軟化的聚合物上施加20 200MPa的壓力持續(xù)10 30min，待模具冷卻后，取出，剝離去除前軀體，獲得聚合物基定向超疏水材料，所述的聚合物為高密度聚乙烯或聚丙烯。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種聚合物基定向超疏水材料的制備方法為(1)以針狀的金屬絲或合成纖維為模板，將模板排列在純鋁片上，并施加20～200MPa壓力壓制持續(xù)50～100s，之后剝離模板得到壓制過(guò)的純鋁片，將壓制過(guò)的純鋁片用去離子水洗滌并烘干，然后浸泡于刻蝕試劑中5～180s，獲得前軀體；(2)以聚合物為復(fù)型材料，將前軀體置于與之匹配的模具內(nèi)，將聚合物顆粒撤在所述的前軀體上，加熱模具至聚合物的熔化溫度，施加20～200MPa的壓力持續(xù)15～30min，獲得聚合物基定向超疏水材料；本發(fā)明聚合物基超疏水材料具有定向疏水功能，即不同維度上疏水性的差異可以使材料表面的水滴盡可能的沿指定方向滾動(dòng)。
文檔編號(hào)B29C43/58GK102582009SQ20111045921
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者侯廣亞, 唐誼平, 徐幸, 曹華珍, 鄭國(guó)渠 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)