专利名称：多孔超疏水聚丙烯薄膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种有机聚合物高分子材料及其制备方法，尤其涉及一种具有超疏水
特性的高分子薄膜材料及其制备方法。
背景技术：
众所周知，固体表面的润湿性由表面的化学组成和表面粗糙度决定。在表面能最 低的光滑固体表面的接触角最多只能提高到120° ，而在自然环境中却存在大量超疏水的 表面(材料表面与水的接触角大于150。，并且水滴在表面上有较小的滚动角)，最典型的 就是荷叶表面，水滴在荷叶表面通常形成亮晶晶的球形水珠，这些水珠不能稳定地停留在 荷叶表面，在微风或外界的作用力下，只要稍微摇动荷叶，其表面的水珠便会滚落并带走荷 叶表面的灰尘，起到自清洁的作用。除了荷叶以外，自然界中还存在大量的超疏水表面，如 芋头叶、鸟的羽毛、蝴蝶的翅膀、水黾的腿等。 由于水滴在超疏水表面上的接触面积非常小，且水滴不能在超疏水表面稳定地 停留，因而超疏水表面上的氧化、腐蚀、电流传导、霜冻等可以得到有效的抑制。因此，超 疏水表面材料在工农业生产和日常生活中具有广泛的应用前景，已经引起了广泛的研究 兴趣。近年来，有很多方法被用来构建超疏水表面，如徐坚等在《Macromolecular Rapid Communications》2005， 26， 1075-108上报道了利用湿空气浇注成膜的方法制备类荷叶状 的超疏水聚碳酸酯表面，其接触角为161.8±2. 2° ;金美花等在《Advanced Materials》 2005,17,1977-1981上报道了利用氧化铝为模板制备超疏水聚苯乙烯薄膜；Erbil等在 《Science》2003， 299， 1377上报道了利用相分离的方法制备凝胶状的超疏水聚丙烯表面，其 接触角达到160° ;除了以上方法以外，还有溶胶-凝胶法、氟化涂层法、化学气相沉积法、 电化学沉积法、聚电解质交替沉积法、阳极氧化法、机械拉伸法等。然而，现有的这些方法要 么使用昂贵的材料，要么需要特殊的加工设备或复杂的工艺过程，难以产业化。因此发明一 种简单而又易于产业化的技术制备超疏水表面是非常有必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种超疏水性质稳定、超 疏水效果好的多孔超疏水聚丙烯薄膜，还提供一种操作工艺简单、可控性好、生产成本小且 绿色环保的多孔超疏水聚丙烯薄膜的制备方法。 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种多孔超疏水聚丙烯薄膜， 其特征在于所述超疏水聚丙烯薄膜表面的孔径分布范围为100nm lOym，平均孔径为 650nm liim，所述超疏水聚丙烯薄膜表面与水的接触角为150° 165° ，水滴在所述超 疏水聚丙烯薄膜表面的滚动角为5°以下(一般在3。 5°的范围内)。
上述技术方案中，所述超疏水聚丙烯薄膜表面的孔径分布范围优选为500nm 5 ii m，平均孔径优选在700nm 800nm。 上述技术方案中，所述超疏水聚丙烯薄膜的厚度在公知的范围内优选为lmm以
3下，但是3mm以内的厚度都能够实现。 上述本发明的超疏水聚丙烯薄膜表面是由大量微米级、纳米级孔组成的白色多孔 表面，该多孔超疏水聚丙烯薄膜表面的超疏水性质稳定，在温度范围为0°C 4(TC、相对湿 度为30% 90%的环境中放置一年，超疏水性质没有发生变化。 作为一个总的技术构思，本发明还提供一种多孔超疏水聚丙烯薄膜的制备方法， 包括以下步骤 (1)按(1 10) : 1的质量比将聚丙烯颗粒和聚苯乙烯颗粒在混料机中均匀混 合. (2)采用流延法、挤出法或压延法将上述均匀混合后的混料制备成由所述聚丙烯 和聚苯乙烯组成的薄膜半成品； (3)将所述薄膜半成品置于三氯甲烷或四氢呋喃中浸泡，使该薄膜半成品中含有 的聚苯乙烯被充分溶解，然后取出烘干，得到多孔超疏水聚丙烯薄膜。 上述多孔超疏水聚丙烯薄膜的制备方法中，所述浸泡的时间优选为lh 10h，浸 泡时的温度控制在20°C 60°C。通过优选的浸泡时间和浸泡温度能够更好地溶解薄膜半 成品中的聚苯乙烯组分。 与现有技术相比，本发明的优点在于本发明提供了一种超疏水性质稳定、超疏水 效果好的多孔超疏水聚丙烯薄膜，更重要的是，本发明还提供了一种操作工艺简单、重现性 好、无需任何昂贵设备投入、也无需进行复杂化学处理的多孔超疏水聚丙烯薄膜的制备方 法，该方法不仅简单、易于产业化，而且绿色环保，具有广阔的应用前景。
图1为本发明实施例1中制得的多孔超疏水聚丙烯薄膜表面与水的接触角测试 图。 图2为本发明实施例1中制得的多孔超疏水聚丙烯薄膜表面的扫描电镜图。
图3为本发明实施例2中制得的多孔超疏水聚丙烯薄膜表面与水的接触角测试 图。 图4为本发明实施例3中制得的多孔超疏水聚丙烯薄膜表面与水的接触角测试 图。 图5为本发明实施例4中制得的多孔超疏水聚丙烯薄膜表面与水的接触角测试 图。
具体实施方式
实施例1 —种本发明的多孔超疏水聚丙烯薄膜，该多孔超疏水聚丙烯薄膜表面的孔径分布 范围为100nm lOym，平均孔径为lym，该多孔超疏水聚丙烯薄膜表面与水的接触角为 158° ±1.9° ，水滴在该多孔超疏水聚丙烯薄膜表面的滚动角为3。，该多孔超疏水聚丙 烯薄膜的厚度为0. 2mm。 上述本实施例的多孔超疏水聚丙烯薄膜是采用以下步骤制备得到首先，称取 500g的聚丙烯颗粒和100g的聚苯乙烯颗粒，然后将已称好的聚丙烯颗粒和聚苯乙烯颗粒
4在混料机中于18(TC温度下均匀混料30min，再在压延机上于20(TC温度下将均匀混合后的 混料制成厚度为0. 2mm厚的由聚丙烯和聚苯乙烯混合物组成的薄膜半成品，然后将该薄膜 半成品在三氯甲烷中于5(TC的温度下浸泡10h，取出后在干燥箱中于6(TC的环境下干燥 lh，得到本实施例的白色多孔超疏水聚丙烯薄膜。用0CA20接触角测试仪测试该多孔超疏 水聚丙烯薄膜表面的润湿性，测试结果如图1所示，图1的测试结果表明该表面与水的接触 角为158° ±1.9° ;滚动角为3。(滚动角测试方法如下将需测试的样品固定于样品台 上，再用微量注射器将5ii L水滴滴在样品台上，然后从O。开始小心地倾斜样品台，水滴滚 落样品表面时样品台的倾斜角就为该表面的水滴滚动角)。该多孔超疏水聚丙烯薄膜的表 面形貌用FEI Quanta 200环境扫描电子显微镜进行观察，观察结果如图2所示，由图2可
见，该多孔超疏水聚丙烯薄膜是由大量微米级和纳米级孔组成的多孔表面。
实施例2 —种本发明的多孔超疏水聚丙烯薄膜，该多孔超疏水聚丙烯薄膜表面的孔径分布 范围为100nm lOym，平均孔径为800nm，该多孔超疏水聚丙烯薄膜表面与水的接触角为 156° ±1.8° ，水滴在该多孔超疏水聚丙烯薄膜表面的滚动角为5。，该多孔超疏水聚丙 烯薄膜的厚度为0. 3mm。 上述本实施例的多孔超疏水聚丙烯薄膜是采用以下步骤制备得到首先，称取 8kg的聚丙烯颗粒和lkg的聚苯乙烯颗粒，然后将已称好的聚丙烯颗粒和聚苯乙烯颗粒在 混料机中于20(TC温度下均匀混料60min，再用挤出机于20(TC温度下将均匀混合后的混料 制成厚度为0. 3mm厚的由聚丙烯和聚苯乙烯混合物组成的薄膜半成品，然后将该薄膜半成 品在三氯甲烷中于40°C的温度下浸泡8h，取出后在干燥箱中于80°C的环境下干燥lh，得到 本实施例的白色多孔超疏水聚丙烯薄膜。用0CA20接触角测试仪测试该多孔超疏水聚丙烯 薄膜表面的润湿性，测试结果表明该表面与水的接触角为156° ±1.8° (如图3所示)； 滚动角为5。。
实施例3 —种本发明的多孔超疏水聚丙烯薄膜，该多孔超疏水聚丙烯薄膜表面的孔径分布 范围为500nm 5ym，平均孔径为lym，该多孔超疏水聚丙烯薄膜表面与水的接触角为 159° ±1.6° ，水滴在该多孔超疏水聚丙烯薄膜表面的滚动角为3。，该多孔超疏水聚丙 烯薄膜的厚度为O.Olmm。 上述本实施例的多孔超疏水聚丙烯薄膜是采用以下步骤制备得到首先，称取 1. 5kg的聚丙烯颗粒和200g的聚苯乙烯颗粒，然后将已称好的聚丙烯颗粒和聚苯乙烯颗粒 在混料机中于21(TC温度下均匀混料60min，再用流延法在20(TC温度下将均匀混合后的混 料制成厚度为O.Olmm厚的由聚丙烯和聚苯乙烯混合物组成的薄膜半成品，然后将该薄膜 半成品在三氯甲烷中于5(TC的温度下浸泡5h，取出后在干燥箱中于IO(TC的环境下干燥 lh，得到本实施例的白色多孔超疏水聚丙烯薄膜。用0CA20接触角测试仪测试该多孔超疏 水聚丙烯薄膜表面的润湿性，测试结果表明该表面与水的接触角为159° ±1.6° (如图4 所示)；滚动角为3° 。
实施例4 —种本发明的多孔超疏水聚丙烯薄膜，该多孔超疏水聚丙烯薄膜表面的孔径分布 范围为500nm 5ym，平均孔径为800nm，该多孔超疏水聚丙烯薄膜表面与水的接触角为155° +1.9° ，水滴在该多孔超疏水聚丙烯薄膜表面的滚动角为5。，该多孔超疏水聚丙烯 薄膜的厚度为0.01mm。 上述本实施例的多孔超疏水聚丙烯薄膜是采用以下步骤制备得到首先，称取 1. 5kg的聚丙烯颗粒和200g的聚苯乙烯颗粒，然后将已称好的聚丙烯颗粒和聚苯乙烯颗粒 在混料机中于21(TC温度下均匀混料60min，再用流延法在20(TC温度下将均匀混合后的混 料制成厚度为0.01mm厚的由聚丙烯和聚苯乙烯混合物组成的薄膜半成品，然后将该薄膜 半成品在四氢呋喃中于5(TC的温度下浸泡8h，取出后在干燥箱中于IO(TC的环境下干燥 lh，得到本实施例的白色多孔超疏水聚丙烯薄膜。用0CA20接触角测试仪测试该多孔超疏 水聚丙烯薄膜表面的润湿性，测试结果表明该表面与水的接触角为155° ±1.9° (如图5 所示)；滚动角为5° 。
权利要求
一种多孔超疏水聚丙烯薄膜，其特征在于所述超疏水聚丙烯薄膜表面的孔径分布范围为100nm～10μm，平均孔径为650nm～1μm，所述超疏水聚丙烯薄膜表面与水的接触角为150°～165°，水滴在所述超疏水聚丙烯薄膜表面的滚动角为5°以下。
2. 根据权利要求1所述的多孔超疏水聚丙烯薄膜，其特征在于所述超疏水聚丙烯薄 膜表面的孔径分布范围为500nm 5 ii m，平均孔径为700nm 800nm。
3. 根据权利要求1或2所述的多孔超疏水聚丙烯薄膜，其特征在于所述超疏水聚丙 烯薄膜的厚度为1mm以下。
4. 一种多孔超疏水聚丙烯薄膜的制备方法，包括以下步骤(1) 按(1 10) : 1的质量比将聚丙烯颗粒和聚苯乙烯颗粒在混料机中均匀混合；(2) 采用流延法、挤出法或压延法将上述均匀混合后的混料制备成由所述聚丙烯和聚苯乙烯组成的薄膜半成品；(3) 将所述薄膜半成品置于三氯甲烷或四氢呋喃中浸泡，使该薄膜半成品中含有的聚苯乙烯被充分溶解，然后取出烘干，得到多孔超疏水聚丙烯薄膜。
5. 根据权利要求4所述的多孔超疏水聚丙烯薄膜的制备方法，其特征在于所述浸泡的时间为lh 10h，浸泡时的温度控制在20°C 60°C。
全文摘要
本发明公开了一种多孔超疏水聚丙烯薄膜及其制备方法，该超疏水聚丙烯薄膜表面的孔径分布范围为100nm～10μm，平均孔径为650nm～1μm，薄膜表面与水的接触角为150°～165°，水滴在薄膜表面的滚动角为5°以下；其制备方法是先按(1～10)∶1的质量比将聚丙烯颗粒和聚苯乙烯颗粒在混料机中均匀混合，然后采用流延法、挤出法或压延法将混料制备成由聚丙烯和聚苯乙烯组成的薄膜半成品；将该薄膜半成品置于三氯甲烷或四氢呋喃中浸泡，使其中含有的聚苯乙烯被充分溶解，然后取出烘干，得到多孔超疏水聚丙烯薄膜。本发明的多孔超疏水聚丙烯薄膜的超疏水性质稳定、超疏水效果好，其制备工艺简单、可控性好，生产成本小且绿色环保。
文档编号C08L23/12GK101792553SQ201010120280
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月9日 优先权日2010年3月9日
发明者刘钧, 曾竟成, 江大志, 王春齐, 肖加余, 袁志庆, 邢素丽 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学