专利名称：超疏水聚苯乙烯薄膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种超疏水聚苯乙烯薄膜，本发明还涉及在室温大气 环境中制备超疏水聚苯乙烯薄膜的方法。
技术背景润湿性是固体表面的一个重要性质，主要由固体表面的化学组成 和表面粗糙度决定，在具有最低表面能的光滑固体表面，其接触角也最多只能提高到12(TC，然而，自然界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)， 例如荷叶表面与水的接触角达到160%芋头叶与水的接触角达到159 °， Barthlott教授等1997年发表在Planta杂志上的一篇论文(Planta (1997) 202: 1 ±8)揭开了芋头叶和荷叶等超疏水表面的神秘面纱， 他们发现芋头叶和荷叶表面都存在大量的突起，在这些突起上分布着 蜡晶体，正是这种特殊的表面结构使芋头叶和荷叶表面产生了超疏水 的性质。由于水滴滴到超疏水表面上通常会形成亮晶晶的球形水珠，水珠 与表面的接触面积非常小且水珠极易滚动并带走表面的灰尘，具有自 清洁的性质，另外，超疏水表面还具有防水、防雾、抗氧化等等特点， 因而可应用于自清洁功能的建筑材料和外墙涂料、自清洁功能的纺织 品、液体的无损失输送、防潮包装材料、抑制凝血和血液污染的生物 医用材料等，在科学研究和工农业生产以及日常生活中都具有广泛的 应用前景。因而引起了广泛的研究兴趣，掀起了超疏水表面制备和应 用的热潮。目前，有很多方法被用来构建具有超疏水表面的固体材料， 如江雷等在《Angew. Chem. Int. Ed.》2004， 43， 4338—4341上报道了利用电纺技术制备类荷叶状的超疏水表面，其接触角为 160. 4±1. 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； Poncin-Epai 1 lard 等在《Surface & Coatings Technology 》 2006， 200,5296-5305上报道了利用等离子体技术制备透明的超疏水聚乙烯 薄膜，其接触角达到170°;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，难以推广应用。 因此发明一种简单的技术制备超疏水表面是非常有必要的。 发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种性能好、成本低廉、易于 生产的超疏水聚苯乙烯薄膜。本发明还要解决的另一个技术问题是提供一种操作工艺简单、可 控性好、成本低、无需复杂的化学处理、也不需要昂贵的设备、易于 产业化的超疏水聚苯乙烯膜的制备方法。为了解决上述技术问题，本发明提供的超疏水聚苯乙烯薄膜，其表面结构类似于天然的新鲜芋头叶的表面，膜与水的接触角在150° 160°之间，水滴在材料表面的滚动角小于5°。本发明的超疏水聚苯乙烯薄膜的超疏水性质稳定，在温度范围为 0 40°C、相对湿度为20% 70%的环境中放置一年，超疏水性质没有 发生变化。本发明的超疏水聚苯乙烯薄膜的制备方法包括如下步骤(1) 、选取新鲜的芋头叶并裁剪成合适大小，用水冲洗掉新鲜芋 头叶表面的灰尘，将新鲜芋头叶放置于与芋头叶长宽相对应的浇注模 具内作为原始模板；(2) 、将聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚体和它的催化剂(过氧化 苯甲酰)和交联剂(偶氮二异丁腈)按质量比100: 0.1 2: 1 10 的比例混合并搅拌5 10分钟，然后置于真空箱内将混合物中的气泡 抽出，再将聚二甲基硅氧烷(PDMS)浇注于模具内的新鲜芋头叶上并 在室温大气环境中固化18 30小时后从芋头叶上轻轻撕下聚二甲基 硅氧烷(PDMS)，获得聚二甲基硅氧烷(PDMS)软模板；(3) 、将聚二甲基硅氧烷(PDMS)软模板置于模具内，将浓度为 1 70mg/ml的聚苯乙烯-四氢呋喃溶液浇注于聚二甲基硅氧烷(PDMS) 软模板上，并在室温大气环境中干燥8 12小时后轻轻撕下聚苯乙烯 薄膜，所得薄膜即为超疏水聚苯乙烯薄膜。本发明所用的原始模板为新鲜的芋头叶。 本发明所用的软模板为聚二甲基硅氧烷(PDMS)模板。 本发明所用的聚苯乙烯-四氢呋喃溶液浓度为1 70mg/ml。 本发明的具有超疏水性的聚苯乙烯膜的制备方法操作工艺简单、 重现性好、无需任何昂贵设备、也不需要复杂的化学处理过程，具有 很好的工业化应用前景。本发明的超疏水聚苯乙烯薄膜无味无毒，对环境友好，在液体无 损失输送、防水防潮等领域有广泛的应用前景。
图1是本发明实施例1获得的芋头叶状的超疏水聚苯乙烯薄膜的 扫描电镜图；图2是本发明实施例1获得的芋头叶状超疏水聚苯乙烯薄膜表面
与水的接触角测试图。
具体实施方式
通过下面给出的本发明的具体实施例可以进一步清楚地理解本发 明，但下述实施例并不是对本发明的限定。 实施例1:第一步用自来水将新鲜芋头叶表面的灰尘冲洗干净后将芋头叶 裁剪成长为15cm、宽为10cm大小，并放入高度为5cm的浇注模具内待用；第二步将聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚体和它的催化剂过氧化 苯甲酰和交联剂偶氮二异丁腈按100 : 1 : 5的质量比混合并搅拌5分 钟，然后置于真空箱内将混合物中的气泡抽出，再将PDMS浇注于模 具内的新鲜芋头叶上并在室温大气环境中固化24小时后从芋头叶上 轻轻撕下PDMS，获得PDMS软模板；第三步将聚二甲基硅氧烷(PDMS)软模板置于高度为5. lcm的 模具内，将浓度为20mg/ml的聚苯乙烯-四氢呋喃溶液浇注于聚二甲 基硅氧垸(PDMS)模板上，并在室温大气环境中干燥10小时后轻轻 撕下聚苯乙烯薄膜，所得薄膜即为超疏水聚苯乙烯薄膜。参见图1和 图2，用0CA20接触角测试仪测试该薄膜表面的润湿性，结果表明该 表面与水的接触角为158±1.6°，水滴在材料表面的滚动角小于5°。 薄膜表面形貌用HITACHI S-3000N扫描电镜进行了观察，发现该薄膜 与芋头叶表面结构基本一致。 实施例2:第一步用自来水将新鲜芋头叶表面的灰尘冲洗干净后将芋头叶 裁剪成长为15cm、宽为10cm大小，并放入高度为5cm的浇注模具内待用；第二步将聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚体和它的催化剂过氧化苯甲酰和交联剂偶氮二异丁腈按ioo : o. i : io的质量比混合并搅拌IO分钟，然后置于真空箱内将混合物中的气泡抽出，再将PDMS浇注 于模具内的新鲜芋头叶上并在室温大气环境中固化18小时后从芋头 叶上轻轻撕下PDMS，获得PDMS软模板；第三步将聚二甲基硅氧垸(PDMS)软模板置于高度为5. lcm的 模具内，将浓度为lmg/ml的聚苯乙烯-四氢呋喃溶液浇注于聚二甲基 硅氧烷(PDMS)模板上，并在室温大气环境中干燥8小时后轻轻撕下 聚苯乙烯薄膜，所得薄膜即为超疏水聚苯乙烯薄膜。用0CA20接触角 测试仪测试该薄膜表面的润湿性，结果表明该表面与水的接触角为 150 ±1.6°,水滴在材料表面的滚动角小于5°。薄膜表面形貌用 HITACHI S-3000N扫描电镜进行了观察，发现该薄膜与芋头叶表面结 构基本一致。
实施例3:第一步用自来水将新鲜芋头叶表面的灰尘冲洗干净后将芋头叶裁剪成长为15cm、宽为10cm大小，并放入高度为5cm的浇注模具内 待用；第二步将聚二甲基硅氧垸(PDMS)预聚体和它的催化剂过氧化 苯甲酰和交联剂偶氮二异丁腈按100 : 2 : 1的质量比混合并搅拌8分 钟，然后置于真空箱内将混合物中的气泡抽出，再将PDMS浇注于模 具内的新鲜芋头叶上并在室温大气环境中固化30小时后从芋头叶上 轻轻撕下PDMS，获得PDMS软模板；第三步将聚二甲基硅氧烷(PDMS)软模板置于高度为5. lcm的 模具内，将浓度为70mg/ml的聚苯乙烯-四氢呋喃溶液浇注于聚二甲 基硅氧烷(PDMS)模板上，并在室温大气环境中干燥12小时后轻轻 撕下聚苯乙烯薄膜，所得薄膜即为超疏水聚苯乙烯薄膜。用0CA20接 触角测试仪测试该薄膜表面的润湿性，结果表明该表面与水的接触角 为150±1.6°，水滴在材料表面的滚动角小于5°。薄膜表面形貌用 HITACHI S-3000N扫描电镜进行了观察，发现该薄膜与芋头叶表面结 构基本一致。 实施例4:第一步用自来水将新鲜芋头叶表面的灰尘冲洗干净后将芋头叶 裁剪成长为15cm、宽为10cm大小，并放入高度为5cm的浇注模具内待用；第二步将聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚体和它的催化剂过氧化 苯甲酰和交联剂偶氮二异丁腈按100 : 1 : 1的质量比混合并搅拌5分 钟，然后置于真空箱内将混合物中的气泡抽出，再将PDMS浇注于模 具内的新鲜芋头叶上并在室温大气环境中固化20小时后从芋头叶上 轻轻撕下PDMS，获得PDMS软模板；第三步将聚二甲基硅氧垸(PDMS)软模板置于高度为5. lcm的 模具内，将浓度为50mg/ml的聚苯乙烯-四氢呋喃溶液浇注于聚二甲 基硅氧烷(PDMS)模板上，并在室温大气环境中干燥10小时后轻轻 撕下聚苯乙烯薄膜，所得薄膜即为超疏水聚苯乙烯薄膜。用OCA20接 触角测试仪测试该薄膜表面的润湿性，结果表明该表面与水的接触角 为155±1.4°，水滴在材料表面的滚动角小于5°。薄膜表面形貌用 HITACHI S-3000N扫描电镜进行了观察，发现该薄膜与芋头叶表面结 构基本一致。 实施例5:第一步用自来水将新鲜芋头叶表面的灰尘冲洗干净后将芋头叶 裁剪成长为15cm、宽为10cm大小，并放入高度为5cm的浇注模具内待用； 第二步将聚二甲基硅氧垸(PDMS)预聚体和它的催化剂过氧化苯甲酰和交联剂偶氮二异丁腈按100:0.5:8的质量比混合并搅拌IO分钟，然后置于真空箱内将混合物中的气泡抽出，再将PDMS浇注 于模具内的新鲜芋头叶上并在室温大气环境中固化24小时后从芋头 叶上轻轻撕下PDMS，获得PDMS软模板；第三步将聚二甲基硅氧垸(PDMS)软模板置于高度为5. lcm的 模具内，将浓度为10mg/ml的聚苯乙烯-四氢呋喃溶液浇注于聚二甲 基硅氧烷(PDMS)模板上，并在室温大气环境中干燥8小时后轻轻撕 下聚苯乙烯薄膜，所得薄膜即为超疏水聚苯乙烯薄膜。用0CA20接触 角测试仪测试该薄膜表面的润湿性，结果表明该表面与水的接触角为 152 ±1.6°，水滴在材料表面的滚动角小于5°。薄膜表面形貌用 HITACHI S-3000N扫描电镜进行了观察，发现该薄膜与芋头叶表面结 构基本一致。
权利要求
1、一种超疏水聚苯乙烯薄膜，其特征是所述膜为白色薄膜，薄膜表面结构类似于天然的芋头叶的表面结构，膜与水的接触角在150°～160°之间，水滴在薄膜表面的滚动角小于5°。
2、 制备权利要求1所述的超疏水聚苯乙烯薄膜的方法，其特征为制备步骤包括(1) 、选取新鲜的芋头叶并裁剪成合适大小，用水冲洗掉新鲜芋 头叶表面的灰尘，将新鲜芋头叶放置于与芋头叶长宽相对应的浇注模 具内作为原始模板；(2) 、将聚二甲基硅氧垸预聚体和它的催化剂和交联剂按质量比 100: 0. 1 2: 1 10的比例混合并搅拌5 10分钟，然后置于真空箱内将混合物中的气泡抽出，再将聚二甲基硅氧垸浇注于模具内的新鲜芋头叶上并在室温大气环境中固化18 30小时后从芋头叶上轻轻撕 下聚二甲基硅氧烷(PDMS)，获得聚二甲基硅氧垸软模板；(3) 、将聚二甲基硅氧烷软模板置于模具内，将浓度为l 70mg/ml的聚苯乙烯-四氢呋喃溶液浇注于聚二甲基硅氧烷软模板上， 并在室温大气环境中干燥8 12小时后轻轻撕下聚苯乙烯薄膜，所得 薄膜即为超疏水聚苯乙烯薄膜。
3、 根据权利要求2所述的超疏水聚苯乙烯薄膜的制备方法，其特征是所述的催化剂是过氧化苯甲酰，所述的交联剂是偶氮二异丁 腈。
全文摘要
本发明公开了一种超疏水聚苯乙烯薄膜及其制备方法。将新鲜芋头叶放置于浇注模具内；再将聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚体及其催化剂和交联剂按100∶0.1～2∶1～10的比例混合并搅拌5～10分钟，将混合物中的气泡抽出浇注于模具内的新鲜芋头叶上并在室温大气环境中固化18～30小时后撕下PDMS软模板；将浓度为1～70mg/ml的聚苯乙烯-四氢呋喃溶液浇注于PDMS模板上，并在室温大气环境中干燥8～12小时后撕下即为芋头叶状超疏水聚苯乙烯薄膜。该薄膜与水的接触角大于150°，滚动角小于10°。该薄膜无味无毒，在液体无损失输送、自清洁、防水防潮等领域具有十分广泛的应用前景。方法操作工艺简单、可控性好、成本低、无需复杂的化学处理、也不需要昂贵的设备、易于产业化。
文档编号C08J5/18GK101157767SQ20071019240
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月23日 优先权日2007年11月23日
发明者彭万喜, 袁志庆, 邓和平, 洪 陈 申请人:陈 洪;袁志庆;彭万喜;邓和平