CN101157766A - 一种超疏水聚苯乙烯薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超疏水聚苯乙烯薄膜为疏松多孔的白色薄膜，薄膜由直径为1－4μm的聚苯乙烯微球组成，孔隙直径10nm－10μm；薄膜与水的接触角在150－165°之间，水滴在薄膜表面的滚动角小于10°。制备步骤包括：(1)称取一定量的聚苯乙烯颗粒溶解于溶剂中，形成浓度为1－50g·L－1的聚苯乙烯溶液；(2)将加入量为溶液体积的20％－60％的乙醇加入到聚苯乙烯溶液中，并快速搅拌；(3)采用流延法将添加乙醇的聚苯乙烯溶液流布在基底上，在室温大气环境中自然干燥8－12小时即为超疏水聚苯乙烯薄膜。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。制备方法操作工艺简单、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。
Description
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。
背景技术
受荷叶效应的启发，具有超疏水表面的固体材料(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)引起了广泛的兴趣。超疏水表面由于具有防水、防雾、抗氧化、自清洁等特点，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。例如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。
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。在光滑表面的接触角最多只能提高到120℃。通过对荷叶等自然界超疏水表面的研究发现，超疏水性质是由低表面能材料和表面粗糙度共同决定的。因此，构建超疏水的表面需要将表面能和表面粗糙度结合才能实现。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-Epaillard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
本发明所要解决的技术问题是提供一种性能好、成本低廉、易于产业化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简单而又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为疏松多孔的白色薄膜，薄膜由直径为1-4μm的聚苯乙烯微球组成，孔隙直径10nm-10μm；薄膜与水的接触角在150-165°之间，水滴在薄膜表面的滚动角小于10°。
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℃、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)、称取一定量的聚苯乙烯颗粒溶解于溶剂中，形成浓度为1-50g·L-1的聚苯乙烯溶液；
(2)、将加入量为溶液体积的20％-60％的乙醇加入到聚苯乙烯溶液中，并快速搅拌；
(3)、采用流延法将添加乙醇的聚苯乙烯溶液流布在基底上，在室温大气环境中自然干燥8-12小时，所得白色薄膜即为超疏水聚苯乙烯薄膜。
本发明的超疏水薄膜所用的溶剂是：三氯甲烷、四氢呋喃、二甲苯中任何一种或它们的混合物。
本发明所用的乙醇是无水乙醇或95％的乙醇；搅拌时间为1-10分钟。
本发明的超疏水聚苯乙烯薄膜的基底是玻璃、陶瓷、金属或硅晶片。
本发明的超疏水薄膜所用的溶剂是：三氯甲烷、四氢呋喃、二甲苯中任何一种或它们的混合物。
本发明所用的乙醇是无水乙醇或95％的乙醇；乙醇的加入量为溶剂体积的20％-60％；搅拌时间为1-10分钟。
本发明的超疏水聚苯乙烯薄膜的基底是玻璃、陶瓷、金属或硅晶片。
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。
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：
首先，将玻璃片浸入浓硫酸与30wt％双氧水7∶3体积比的溶液中预处理1h后取出，用大量去离子水冲洗，并用氮气吹干，得到预处理好的干净玻璃片。然后称取一定量的聚苯乙烯颗粒溶解于三氯甲烷中，形成浓度为10g·L-1的聚苯乙烯溶液并于室温下搅拌30分钟，再加入为聚苯乙烯溶液体积的60％的无水乙醇中并搅拌5分钟，接着用流延法将聚苯乙烯溶液流布于处理好的玻璃片上，在室温大气环境中自然干燥10h后，在玻璃表面形成一层白色的聚苯乙烯薄膜。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158±1.9°。薄膜表面形貌用HITACHIS-3000N扫描电镜进行了观察，发现该薄膜是由直径为1-4μm的聚苯乙烯微球组成的多孔薄膜。
实施例2：
首先，将玻璃片浸入浓硫酸与30wt％双氧水7∶3体积比的溶液中预处1h后取出，用大量去离子水冲洗，并用氮气吹干，得到预处理好的干净玻璃片。然后称取一定量的聚苯乙烯颗粒溶解于二甲苯中，形成浓度为50g·L-1的聚苯乙烯溶液中并于室温下搅拌30分钟，再加入为聚苯乙烯溶液体积的20％的无水乙醇并搅拌5分钟，接着用流延法将聚苯乙烯溶液流布于处理好的玻璃片上，在室温大气环境中自然干燥8h后，在玻璃表面形成一层白色的聚苯乙烯薄膜。获得的聚苯乙烯薄膜表面与水的接触角为157±2°，薄膜由直径为1-5μm的聚苯乙烯微球组成。
实施例3：
首先，将玻璃片浸入浓硫酸与30wt％双氧水7∶3体积比的溶液中预处理1h后取出，用大量去离子水冲洗，并用氮气吹干，得到预处理好的干净玻璃片。然后称取一定量的聚苯乙烯颗粒溶解于三氯甲烷中，形成浓度为40g·L-1的聚苯乙烯溶液并于室温下搅拌30分钟，再加入为聚苯乙烯溶液体积的50％的95％的乙醇并搅拌10分钟，接着用流延法将聚苯乙烯溶液流布于处理好的玻璃片上，在室温大气环境中自然干燥10h后，在玻璃表面形成一层白色的聚苯乙烯薄膜。所获得的聚苯乙烯薄膜表面与水的接触角为160±2°，薄膜由直径为1-4μm的聚苯乙烯微球组成。
实施例4：
首先，将硅晶片浸入浓硫酸与30wt％双氧水7∶3体积比的溶液中预处理1h后取出，用大量去离子水冲洗，并用氮气吹干，得到预处理好的干净硅晶片。然后称取一定量的聚苯乙烯颗粒溶解于四氢呋喃中，形成浓度为10g·L-1的聚苯乙烯溶液并于室温下搅拌30分钟，再加入为聚苯乙烯溶液体积的30％的无水乙醇加入聚苯乙烯溶液中并搅拌8分钟，接着用流延法将聚苯乙烯溶液流布于处理好的硅晶片上，在室温大气环境中自然干燥12h后，在玻璃表面形成一层白色的聚苯乙烯薄膜。获得的聚苯乙烯薄膜表面与水的接触角为158±2.1°，薄膜由直径为1-4μm的聚苯乙烯微球组成。
实施例5：
首先，将玻璃片浸入浓硫酸与30wt％双氧水7∶3体积比的溶液中预处理1h后取出，用大量去离子水冲洗，并用氮气吹干，得到预处理好的干净玻璃片。称取一定量的聚苯乙烯颗粒溶解于三氯甲烷中，形成浓度为1g·L-1的聚苯乙烯溶液并于室温下搅拌30分钟，再加入为聚苯乙烯溶液体积的20％的无水乙醇并搅拌1分钟，接着用流延法将聚苯乙烯溶液流布于处理好的玻璃片上，在室温大气环境中自然干燥10h后，在玻璃表面形成一层白色的聚苯乙烯薄膜。获得的聚苯乙烯薄膜表面与水的接触角为161±1.6°，薄膜由直径为1-4μm的聚苯乙烯微球组成。
实施例6：
首先，将陶瓷片浸入浓硫酸与30wt％双氧水7∶3体积比的溶液中预处1h后取出，用大量去离子水冲洗，并用氮气吹干，得到预处理好的干净陶瓷片。称取一定量的聚苯乙烯颗粒溶解于三氯甲烷中，形成浓度为15g·L-1的聚苯乙烯溶液并于室温下搅拌30分钟，再加入为聚苯乙烯溶液体积的60％的无水乙醇并搅拌10分钟，接着用流延法将聚苯乙烯溶液流布于处理好的陶瓷片上，在室温大气环境中自然干燥10h后，在玻璃表面形成一层白色的聚苯乙烯薄膜。获得的聚苯乙烯薄膜表面与水的接触角为160±1.8°，薄膜由直径为1-4μm的聚苯乙烯微球组成。
实施例7：
首先，将金属片浸入浓硫酸与30wt％双氧水7∶3体积比的溶液中预处理1h后取出，用大量去离子水冲洗，并用氮气吹干，得到预处理好的干净金属片。然后称取一定量的聚苯乙烯颗粒溶解于三氯甲烷、四氢呋喃、二甲苯中，形成浓度为50g·L-1的聚苯乙烯溶液并于室温下搅拌30分钟，再加入为聚苯乙烯溶液体积的40％的无水乙醇并搅拌5分钟，接着用流延法将聚苯乙烯溶液流布于处理好的金属片上，在室温大气环境中自然干燥10h后，在玻璃表面形成一层白色的聚苯乙烯薄膜。获得的聚苯乙烯薄膜表面与水的接触角为152±1.7°，薄膜由直径为1-6μm的聚苯乙烯微球组成。
Claims (5)
1.一种超疏水聚苯乙烯薄膜，其特征是：所述薄膜为疏松多孔的白色薄膜，薄膜由直径为1-4μm的聚苯乙烯微球组成，孔隙直径10nm-10μm；薄膜与水的接触角在150-165°之间，水滴在薄膜表面的滚动角小于10°。
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)、称取一定量的聚苯乙烯颗粒溶解于溶剂中，形成浓度为1-50g·L-1的聚苯乙烯溶液；
(2)、将加入量为溶液体积的20％-60％的乙醇加入到聚苯乙烯溶液中，并快速搅拌；
(3)、采用流延法将添加乙醇的聚苯乙烯溶液流布在基底上，在室温大气环境中自然干燥8-12小时，所得白色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，其特征为：所述的溶剂为：三氯甲烷、四氢呋喃、二甲苯中任何一种或它们的混合物。
4.根据权利要求2所述的超疏水聚苯乙烯薄膜的制备方法，其特征为：所述的乙醇为无水乙醇或95％的乙醇；搅拌时间为1-10分钟。
5.根据权利要求2所述的超疏水聚苯乙烯薄膜的制备方法，其特征为：所述的基底可以是玻璃、陶瓷、金属或硅晶片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080409 |