专利名称：一种聚合物基定向超疏水材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种超疏水材料的制备，特别涉及一种聚合物基定向超疏水材料的制
备方法。
背景技术：
来自于荷叶的灵感，超疏水材料能有效地防湿，凝水，这种性能对于一些必须保持干燥，清洁的材料设备是非常重要的。来自于苍蝇眼的灵感，超疏水材料能有效地防雾、防垢，适用于很多光学材料领域。另外，由于超疏水材料表面上水滴极易滚动，可以有效的减小水的阻力而在室外建筑物表面、管道、潜艇等领域有广阔的应用前景。对于水稻叶的研究发现，超疏水表面微米级别的定向突起能有效的控制水滴的滚动方向，从而使定向疏水成为可能。定向疏水能保证水滴尽可能的在一个方向上流动，达到水滴走向可控的目标。定向疏水不仅本身应用前景可观，而且还在超疏水性“开关”上提出了一种新的探索方向。现有的定向超疏水工艺非常复杂，例如微纳加工、纳米蚀刻等技术，设备要求高，工期长，成本高等缺点，而从生物体上复形的工艺则具有形状单一、步骤繁琐、无法大面积制备等的缺陷。所以开发一种简单实用的制备方法，是推广应用定向超疏水材料的关键。
发明内容
本发明目的是提供一种工艺简单、成本低廉、性能优异的聚合物基定向超疏水材料的制备方法。本发明采用的技术方案是—种聚合物基定向超疏水材料的制备方法为(1)以针状的金属丝或合成纤维为模板，先将模板与纯铝片(纯度大于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预处理后的模板和预处理后的纯铝片，将预处理后的模板排列在预处理后的纯铝片上，并施加20 200MI^压力持续压制50 100s，之后剥离模板得到压制过的纯铝片，将压制过的纯铝片用去离子水洗涤并烘干，然后浸泡于刻蚀试剂中5 180s，获得前躯体；所述模板的径宽为5 40 μ m，所述刻蚀试剂为质量浓度10 40%盐酸水溶液和质量浓度20 40%氢氟酸水溶液以体积比1 :0. 5 2的混合溶液；(2)以聚合物为复型材料，将步骤(1)制得的前躯体置于与之匹配的模具内，将聚合物颗粒撤在所述的前躯体上，加热模具至聚合物的熔化温度，持续至聚合物完全熔化并软化，在软化的聚合物上施加20 200MPa的压力持续10 30min，待模具冷却后，取出，剥离去除前躯体，获得聚合物基定向超疏水材料，所述聚合物为高密度聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚异丁烯、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种。进一步，步骤(1)所述金属丝为下列之一不锈钢丝、铜丝、铝丝、钛丝或镍丝，所述合成纤维适合多种纤维材料，优选为下列之一碳纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维或聚四氟乙烯纤维。
优选的，步骤(1)所述模板采用机械打磨和/或在盐酸和氢氟酸的混合溶液中缓慢腐蚀将所述的金属丝或合成纤维制备成径宽为5 40 μ m圆柱形，所述盐酸和氢氟酸混合液为盐酸、氢氟酸和水以质量比为1 0. 5 4 3 10的混合溶液。也推荐步骤(1)所述模板为金属丝或合成纤维编成的网孔大小为10 60μπι，径宽为5 40 μ m的网或表面具有明显网状凹凸结构的毡。本发明优选，步骤(1)所述将模板排列在所述预处理后的纯铝片上，所施加的压力为160MPa持续60s，剥离模板后得到压制过的纯铝片。步骤(2)推荐在软化的聚合物上施加50 IlOMPa的压力持续30min。步骤( 推荐以聚合物为复型材料，将步骤(1)制得的前躯体置于与之匹配的模具内，再将聚合物颗粒撤在所述的前躯体上，加热模具至150 200°C，持续30min，完全熔化并软化，在软化的聚合物上施加20 200MPa的压力持续10 30min，待模具冷却后，取出，剥离去除前躯体，获得聚合物基定向超疏水材料所述的聚合物为高密度聚乙烯或聚丙火布。步骤( 聚合物颗粒的质量用量对本发明没有影响，主要目的是用于压片，通常优选为10 20g/dm2前躯体。由于本发明工艺主要在材料表面进行，所以对材料的表面清洁度较高。与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在本发明将微米纤维、网、毡等具有一维特征的物体压在较软的纯铝薄片上，再通过刻蚀、复型获得定向聚合物基超疏水材料，根据扫描电镜(SEM)观察发现最后得到的疏水材料上确实有针状(条状)突起，根据静态接触角测试，发现在平行于针状(条状)方向上的接触角明显小于垂直方向，差值在5° 15°，根据动态接触角测试，发现平行于针状(条状)方向上的滚动角也较小，差值在3° 10°，本发明聚合物基超疏水材料具有定向疏水功能，即不同维度上疏水性的差异可以使材料表面的水滴尽可能的沿指定方向滚动。
具体实施例方式
图1实施例1定向超疏水材料的SEM图；图2实施例1定向超疏水材料的接触角测试图；图3实施例2定向超疏水材料的SEM图；图4实施例2定向超疏水材料的接触角测试 图5实施例3定向超疏水材料的SEM图；图6实施例3定向超疏水材料的接触角测试图。具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此实施例1 (1)带有针状(条状)凹陷前躯体的制备直接购买不锈钢丝(SUS-304wpS，直径50 79 μ m,厂家上海安哈不锈钢有限公司)，剪裁长度至3cm，利用砂纸机械打磨，再利用盐酸和氢氟酸的混合溶液(HCl HF H2O = 28. 1 2.2 69. 7 ；质量比)缓慢腐蚀直至将其径宽控制在40 μ m左右作为模板，利用去离子水清洗并干燥后，将这些模板均勻排列在3cmX6cmX0. 2cm用无水乙醇清洗过的纯铝片(1060，厂家杭州骏旺金属制品有限公司)，利用平板硫化机01LB-25D/Q，厂家无锡市第一橡胶机械有限公司)施加IeOMI3aS力，保压60s，剥离模板后获得压制后的纯铝片，将压制后的纯铝片置于质量浓度20%盐酸水溶液和质量浓度20%氢氟酸水溶液以体积比1 0. 5的混合刻蚀溶液中浸泡30s，得到带有针状凹陷的前躯体3cmX6cmX0. 2cm,电镜扫描如图1所示；(2)疏水材料的制备在上述带有针状凹陷的前躯体上均勻的撒上高密度聚乙烯颗粒(型号F600，厂家上海鑫川贸易有限公司)，聚乙烯的用量为10g/dm2，一起放入平板硫化机中，升温并保持温度在200°C，施加50MPa压力，持续0. 5h,待完全冷却后取出，剥离掉前躯体，即可得到聚乙烯基定向超疏水的薄片，对薄片进行接触角测试(测试仪器为DataPhysics OCA ；35)，结果见图 2。经测试发现在平行于条状方向上的静态接触角明显小于垂直方向，差值在6°左右，而动态接触角差值在5°左右，表明发明聚合物基超疏水材料具有定向疏水功能。实施例2 (1)带有针状(条状)凹陷前躯体的制备直接购买直径在7μπι的碳纤维布(网眼50 250 μ m，厂家无锡市和盛源碳纤维科技有限公司)，用无水乙醇中清洗并浸泡lh，80°C烘干后，将这些碳纤维均勻排列在3cmX6cmX0. 2cm丙酮清洗过的的纯铝片(1060，厂家杭州骏旺金属制品有限公司)，利用平板硫化机施加200MI^压力，保压60s，并置于质量浓度20%盐酸水溶液和质量浓度20%氢氟酸水溶液以体积比1 1的混合刻蚀溶液中浸泡30s，得到带有针状(条状)凹陷的前躯体3cmX6cmX0. 2cm,电镜扫描见图3所示。(2)疏水材料的制备在上述前躯体上均勻的撒上聚苯乙烯颗粒(型号GPPS150，厂家大庆石化)聚苯乙烯的用量为15g/dm2，升温并保持温度在200°C，一起放入平板硫化机中，施加SOMPa压力，持续0.证，待完全冷却后取出，剥离掉前躯体，即可得到聚乙烯基定向超疏水的薄片，对薄片进行接触角测试(测试仪器为DataPhysics 0CA35)，结果见图4所示。经测试发现在平行于条状方向上的静态和动态接触角明显小于垂直方向，差值分别在4°和8°左右，表明发明聚合物基超疏水材料具有定向疏水功能。实施例3 (1)带有针状(条状)凹陷前躯体的制备直接购买丝径在40 μ m的铜网(100目，厂家石家庄安华金属丝网制品有限责任公司)。用丙酮清洗并浸泡lh，80°C烘干后，将铜网平整的覆盖在3cmX6cmX0. 2cm丙酮清洗过的的纯铝片(1060，厂家杭州骏旺金属制品有限公司)，利用平板硫化机施加150MI^压力，保压60s，并置于质量浓度20%盐酸水溶液和质量浓度20%氢氟酸水溶液以体积比1 2的混合刻蚀溶液中浸泡30s，得到带有针状(条状)凹陷的前躯体3cm X 6cm X0. 2cm,电镜扫描见图5所示。(2)疏水材料的制备在上述前躯体上均勻的撒上聚丙烯颗粒(型号F401，厂家东莞市常平勤业行塑胶原料经营部)聚丙烯的用量为20g/dm2，一起放入平板硫化机，升温并保持温度在200°C，施加IlOMPa压力，持续0. 5h,待完全冷却后取出，剥离掉前躯体，即可得到聚丙烯定向超疏水的薄片，对薄片进行接触角(测试仪器为DataPhysics 0CA35)测试，结果见图6。
经测试发现在平行于条状方向上的静态和动态接触角明显小于垂直方向，差值分别在3°和9°左右，表明发明聚合物基超疏水材料具有定向疏水功能。
权利要求
1.一种聚合物基定向超疏水材料的制备方法，其特征在于所述方法为(1)以针状的金属丝或合成纤维为模板，先将模板与纯铝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预处理后的模板和预处理后的纯铝片，将预处理后的模板排列在预处理后的纯铝片上，并施加20 200MI^压力压制50 100s，之后剥离模板得到压制过的纯铝片，将压制过的纯铝片用去离子水洗涤并烘干，然后浸泡于刻蚀试剂中5 180s，获得前躯体；所述模板的径宽为5 40 μ m，所述刻蚀试剂为质量浓度10 40%盐酸水溶液和质量浓度20 40%氢氟酸水溶液以体积比1 0.5 2的混合溶液；( 以聚合物为复型材料，将步骤(1)制得的前躯体置于与之匹配的模具内，将聚合物颗粒撤在所述的前躯体上，加热模具至聚合物的熔化温度，持续至聚合物完全熔化并软化，在软化的聚合物上施加20 200MPa的压力持续10 30min，待模具冷却后，取出，剥离去除前躯体，获得聚合物基定向超疏水材料，所述聚合物为高密度聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚异丁烯、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种。
2.如权利要求1所述的聚合物基定向超疏水材料的制备方法，其特征在于步骤(1)所述金属丝为下列之一铜丝、不锈钢丝、铝丝、钛丝或镍丝，所述合成纤维为下列之一碳纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维或聚四氟乙烯纤维。
3.如权利要求1所述的聚合物基定向超疏水材料的制备方法，其特征在于步骤(1)所述模板采用机械打磨和/或在盐酸和氢氟酸的混合溶液中缓慢腐蚀，将所述的金属丝或合成纤维制备成径宽为5 40 μ m圆柱形，所述盐酸和氢氟酸混合液为盐酸、氢氟酸和水以质量比为1 0.5 4 3 10的混合溶液。
4.如权利要求1所述的聚合物基定向超疏水材料的制备方法，其特征在于步骤(1)所述模板为金属丝或合成纤维编成的网孔大小为10 60 μ m，径宽为5 40 μ m的网或表面具有明显网状凹凸结构的毡。
5.如权利要求1所述的聚合物基定向超疏水材料的制备方法，其特征在于步骤(1)所述将模板排列在所述预处理后的纯铝片上，所施加的压力为160MI^持续60s，得到压制过的纯铝片。
6.如权利要求1所述的聚合物基定向超疏水材料的制备方法，其特征在于步骤(2)所述聚合物为下列之一高密度聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯。
7.如权利要求1所述的聚合物基定向超疏水材料的制备方法，其特征在于步骤(2)在软化的聚合物上施加50 IlOMPa的压力持续30min。
8.如权利要求1所述的聚合物基定向超疏水材料的制备方法，其特征在于步骤(2)以聚合物为复型材料，将步骤(1)制得的前躯体置于与之匹配的模具内，将聚合物颗粒撤在所述的前躯体上，加热模具至150 200°C，持续30min完全熔化并软化，在软化的聚合物上施加20 200MPa的压力持续10 30min，待模具冷却后，取出，剥离去除前躯体，获得聚合物基定向超疏水材料，所述的聚合物为高密度聚乙烯或聚丙烯。
全文摘要
本发明公开了一种聚合物基定向超疏水材料的制备方法为(1)以针状的金属丝或合成纤维为模板，将模板排列在纯铝片上，并施加20～200MPa压力压制持续50～100s，之后剥离模板得到压制过的纯铝片，将压制过的纯铝片用去离子水洗涤并烘干，然后浸泡于刻蚀试剂中5～180s，获得前躯体；(2)以聚合物为复型材料，将前躯体置于与之匹配的模具内，将聚合物颗粒撤在所述的前躯体上，加热模具至聚合物的熔化温度，施加20～200MPa的压力持续15～30min，获得聚合物基定向超疏水材料；本发明聚合物基超疏水材料具有定向疏水功能，即不同维度上疏水性的差异可以使材料表面的水滴尽可能的沿指定方向滚动。
文档编号B29C43/58GK102582009SQ20111045921
公开日2012年7月18日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者侯广亚, 唐谊平, 徐幸, 曹华珍, 郑国渠 申请人:浙江工业大学