亲水表面及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种亲水表面及其制备方法和应用。该亲水表面为具有微纳米结构的聚烯烃表面，所述微纳米结构上接枝有亲水性侧基，且所述微纳米结构以凸起和/或凹槽的形式存在，其中，所述亲水性侧基的表面接枝率为10

【技术实现步骤摘要】
亲水表面及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及高分子材料
，具体涉及一种亲水表面及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]固体材料表面的润湿性通常是由固体表面的化学性质和微观结构决定的。具有超润湿性能的聚烯烃表面在液体分离、自清洁、防雾、液体输送、功能性聚烯烃薄膜、印刷和粘接等方面有重要用途。
[0003]目前，已有众多学者对聚烯烃表面改性进行了深入研究，但超浸润材料方面的研究得到的大部分是超疏水材料，超亲水材料的报道十分少，显然超亲水聚烯烃较难制备。通过传统的接枝方法，例如，ATRP，电晕法，等离子体处理，紫外光等方法得到的聚烯烃表面的亲水性并不强。
[0004]CN112742221A采用电晕发对聚烯烃微孔基底进行亲水改性，基底仍然保持原有的大孔径、高强度及对有机溶剂的耐受性；CN112619451A采用PVA对PTFE微虑膜进行亲水改性，但是PVA与PTFE界面结合力弱，耐久性差；CN108905649A通过在PTFE表面引入表面活性剂，使得聚左旋多巴胺容易在膜表面，然后在表面加入固化剂以保持表面亲水物质的稳定性；EP3124101A1、EP0682978A1采用气体等离子体及UV的能量源和α射线、γ射线、紫外线辐射对PTFE进行预处理，然后接枝亲水聚烯烃赋予其亲水性能，但是这种方法设备成本高、操作成本高以及改性效率低，在一定程度上限制了亲水性PTFE膜的批量生产。
[0005]因此，亟需一种新的亲水表面及其制备方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了克服现有亲水表面存在亲水性低、耐久性差、制备工艺复杂、成本高等问题，提供一种新的亲水表面及其制备方法和应用，该亲水表面的亲水性能良好且持久性较强；同时，该方法简单，易于工业化生产。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种亲水表面，所述亲水表面为具有微纳米结构的聚烯烃表面，所述微纳米结构上接枝有亲水性侧基，且所述微纳米结构以凸起和/或凹槽的形式存在，
[0008]其中，所述亲水性侧基的表面接枝率为10
‑
50wt％。
[0009]本专利技术第二方面提供一种亲水表面的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0010](1)将聚烯烃表面接触刻蚀剂并进行第一干燥，以在所述聚烯烃表面形成具有微纳米结构的凸起和/或凹槽，得到改性聚烯烃表面；
[0011](2)将亲水性侧基的单体涂覆于所述改性聚烯烃表面，再进行微波辐照，以在所述改性聚烯烃表面的微纳米结构上接枝亲水性侧基，得到亲水表面；
[0012]其中，所述亲水性侧基的表面接枝率为10
‑
50wt％。
[0013]本专利技术第三方面提供一种第一方面提供的亲水表面或者第二方面提供的方法制得的亲水表面在自清洁、房屋、油水分离、粘接、集水中的应用。
[0014]相比现有技术，本专利技术具有以下技术效果：
[0015](1)本专利技术提供的亲水表面，通过在聚烯烃表面(尤其是发泡聚丙烯片材)形成具有微纳米结构的凸起和/或凹槽，以及在微纳米结构上接枝有亲水性侧基，通过对聚烯烃表面的进行改性，在保证亲水表面的力学性能不受影响的前提下，有效提高亲水表面的亲水性且性能稳定；
[0016](2)本专利技术提供的方法，将物理改性(刻蚀)和化学改性(接枝)进行结合，能够有效提高亲水表面的亲水性甚至超亲水性，具体而言，先将聚烯烃表面(例如，发泡聚丙烯片材)与刻蚀剂进行刻蚀，再将改性聚烯烃表面和亲水性侧基的单体在不添加接枝引发剂的情况下进行微波辐照，以在改性聚烯烃表面接枝亲水性侧基；同时，该方法工艺简单、易操作，便于工业化大规模生产。
附图说明
[0017]图1是实施例1制得的亲水表面S1的SEM图；
[0018]图2是实施例1制得的亲水表面S1的亲水性侧基(Na元素)分布图。
具体实施方式
[0019]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0020]在本专利技术中，没有特殊情况说明下，所述“第一”、“第二”和“第三”均不表示先后次序，也不表示对各个物料或步骤起限定作用，仅是用于区分同一物料或步骤，例如，“第一干燥”、“第二干燥”和“第三干燥”和“第四干燥”中的“第一”、“第二”和“第三”，仅是用于区分这不是同一干燥。
[0021]本专利技术第一方面提供一种亲水表面，所述亲水表面为具有微纳米结构的聚烯烃表面，所述微纳米结构上接枝有亲水性侧基，且所述微纳米结构以凸起和/或凹槽的形式存在；
[0022]其中，所述亲水性侧基的表面接枝率为10
‑
50wt％。
[0023]在本专利技术中，没有特殊情况说明下，所述微纳米结构是指具有微米或纳米尺度特征尺寸、按照特定方式排布的凸起和/或凹槽。
[0024]在本专利技术的一些实施方式中，优选地，所述微纳米结构的长度为1nm
‑
100μm，例如，1nm、10nm、100nm、200nm、500nm、1μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、100μm，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为500nm
‑
50μm；深度为1μm
‑
1mm，例如，1μm、10μm、50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、400μm、500μm、700μm、900μm、1mm，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为50
‑
500μm。在本专利技术中，微纳米结构有利于表面浸润性的提升，例如，平整表面是亲水(＜90
°
)时，具有微纳米结构的表面对于水具有毛细作用，能够使水进一步浸润，进而表现出更亲水甚至超亲水的状态。
[0025]在本专利技术的一些实施方式中，优选地，所述聚烯烃表面由热塑性聚烯烃制得，且所述热塑性聚烯烃的重均分子量为104‑
106g/mol；230℃和2.16kg负荷下的熔融指数为0.1
‑
15g/10min，例如，0.1g/10min、1g/10min、2g/10min、3g/10min、4g/10min、5g/10min、6g/10min、7g/10min、10g/10min、15g/10min，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为1
‑
7g/10min。
[0026]在本专利技术中，没有特殊情况说明下，熔融指数参数通过GB/T3682.1
‑
2018方法测得。
[0027]在本专利技术中，对所述热塑性聚烯烃的种类具有较宽的选择范围，只要所述热塑性聚烯烃满足上述限定即可。优选地，所述热塑性聚烯烃为聚丙烯，优选选自均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和抗冲共聚聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亲水表面，其特征在于，所述亲水表面为具有微纳米结构的聚烯烃表面，所述微纳米结构上接枝有亲水性侧基，且所述微纳米结构以凸起和/或凹槽的形式存在；其中，所述亲水性侧基的表面接枝率为10
‑
50wt％。2.根据权利要求1所述的亲水表面，其中，所述微纳米结构的长度为1nm
‑
100μm，优选为500nm
‑
50μm；深度为1μm
‑
1mm，优选为50
‑
500μm；优选地，所述聚烯烃表面由热塑性聚烯烃制得，且所述热塑性聚烯烃的重均分子量为104‑
106g/mol；230℃和2.16kg负荷下的熔融指数为0.1
‑
15g/10min，优选为1
‑
7g/10min；优选地，所述热塑性聚烯烃为聚丙烯，更优选选自均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和抗冲共聚聚丙烯中的至少一种；优选地，所述聚烯烃表面为聚丙烯表面，所述聚丙烯表面优选为发泡聚丙烯片材；优选地，所述发泡聚丙烯片材的表面平均孔径为10
‑
100μm，优选为20
‑
60μm；弯曲强度为0.1
‑
1MPa，优选为0.1
‑
0.5MPa。3.根据权利要求1或2所述的亲水表面，其中，所述亲水性侧基为含有选自氧、硫、氮、硅和卤素中的至少一种元素的杂原子和碳碳双键的侧基；优选地，所述亲水性侧基的单体选自有机酸、有机酸衍生物和乙烯基硅烷中的至少一种；优选地，所述有机酸衍生物选自有机酸的酸酐、酯和盐中的至少一种；优选地，所述乙烯基硅烷的通式为：CH2＝CH2(CH2)
n
SiX3，其中，n＝0
‑
3，X选自氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基、乙氧基和乙酰氧基中的至少一种。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的亲水表面，其中，所述亲水表面的水接触角＜30
°
，优选为0
‑
20
°
，更优选为0
°
。5.一种亲水表面的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将聚烯烃表面接触刻蚀剂并进行第一干燥，以在所述聚烯烃表面形成具有微纳米结构的凸起和/或凹槽，得到改性聚烯烃表面；(2)将亲水性侧基的单体涂覆于所述改性聚烯烃表面，再进行微波辐照，以在所述改性聚烯烃表面的微纳米结构上接枝亲水性侧基，得到亲水表面；其中，所述亲水性侧基的表面接枝率为10
‑
50wt％。6.根据权利要求5所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王崧合，刘家辉，黄吉荣，李一敏，柳翼，
申请(专利权)人：中石化宁波新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：