本发明专利技术提供了一种纳米颗粒辅助微模塑制备聚合物超疏水表面的方法。本发明专利技术先用ＰＤＭＳ为原料复制新鲜荷叶表面的微结构作为软模板，然后将改性的纳米粒子与聚合物浇注或热压到ＰＤＭＳ软模板表面，成型后剥离即得到表面含有微纳二阶结构、具有一定功能的聚合物超疏水表面。本发明专利技术方法操作工艺简单，效率高，可控性和重复性好，所得表面由于含有功能性纳米粒子，不仅赋予了聚合物表面超疏水性，而且赋予超疏水表面一定的功能，为超疏水功能表面的制备提供了一种简单、有效的途径，因此具有广泛的应用价值和广阔的市场前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种纳米颗粒辅助微模塑制备聚合物超疏水表面的方法。(二)
技术介绍
当 一滴水放置在固体水平表面上，水滴会自然铺展或者铺展到一定的 角度而达到平衡，这个平衡角度是由固-液、液-气、固-气界面张力之间的平衡决定的，通常称之为平衡接触角e。 e的大小通常可以衡量该固体表面的浸润性。当9<90。时，称之为亲水材料，当0>90°时，称之为疏水材料。固体表面的这种浸润性是固体表面的重要性质之一，它是由表面的化 学成分和孩i观几何结构共同决定的。当e〉i50。时，称其为超疏水表面。 因其在工农业生产和人们日常生活中有着重要的应用前景而引起了人们 的普遍关注。超疏水表面被广泛应用于天线和门窗的防雪、交通指示器的 自清洁、减小船体的摩擦力、金属精炼、纺织品的防污染、细胞的运动等 方面。自然界中的很多动植物如荷叶、水黾腿等之所以具有优异的超疏水性 能是因其表面具有微纳二阶结构的缘故。受此启发，人们企图在材料表面 仿生构筑微纳米阶层结构，从而人工制备出超疏水表面。方法主要有相分 离、电化学沉积、化学气相沉积、模板挤出、溶剂引导结晶、高聚物电纺 丝、刻蚀、平板印刷等。这些方法在问世之初均受到过很高的关注。但是 迄今为止，尚未见到一种能够低成本、大规模工业化生产超疏水表面的方 法。最近的研究表明，利用复制植物叶子表面结构的镍制模具，进行紫外 光固化材料的纳米压印可制作疏水的表面。目前，建立实用简-使的超疏水表面制备方法仍是研究的热点。另一方面，先前的研究都主要聚焦于材料超疏水表面的研制，但却忽略了赋予材料除超疏水性能之外的其它功能。例如，掺锑二氧化锡(ATO)具有红外线阻隔作用和电传导作用，被广泛的应用于隔热薄膜材料，太阳能电池及电磁屏蔽等方面。而纳米Ti02则不仅具有良好的吸收紫外线作用，还具有特殊的光催化作用。如果能够赋予超疏水表面这些额外功能， 将能够极大地拓宽超疏水材料的应用领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种简单可行、可大规模生产超疏水表面的方 法，同时选择不同的功能性纳米粒子使超疏水表面进一步功能化。本专利技术采用的技术方案是，所述方法包括如下 步骤(1 ) PDMS软模板制备以聚二曱基硅氧烷预聚体为主要原料，复 制新鲜荷叶近轴面的微结构，制得具有荷叶面阴模结构的PDMS 软模板；(叶片有上、下面之分。上面(近轴面、腹面)为受光 的一面。)(2)纳米颗粒浆料制备将纳米颗粒分散在介质中，添加质量为纳 米颗粒质量0.1~30%的分散剂或表面改性剂，进行分散得到稳定 的纳米颗粒浆料；所述纳米颗粒为下述原料中的 一种或混合的 纳米粒子CaC03、 Si02、 Ti02、 ZnO、 ATO、 ITO、 A1203、 Fe203; 所述介质为下列之一或其中两种以上的混合水、C1 C4的醇 或C3 C5的酮；所述分散剂或表面改性剂为下列之一或其中两5种以上的混合KH570、 PEG400/4000、 PEI或PVP;所制得纳 米颗粒浆料分散效果较好且具有一定稳定性，颗粒粒径1-300 nm;(3)超疏水表面制备将纳米颗粒浆料和聚合物悬浮液或溶液掺混 后浇注或将纳米颗粒和聚合物热压(可将纳米颗粒和聚合物混 合后热压，也可分别热压纳米颗粒层和聚合物层)在PDMS软 模板上，成型后剥离得到具有超疏水表面的材料；所述聚合物 为下列之一WPU、 LDPE、 LLDPE、 PP。所述纳米颗并立浆剩-与聚合物可先混合后，通过浇注微模塑法或熔融微模塑法将含 有纳米粒子的聚合物浇注或热压到PDMS软模板表面，也可先 在PDMS模板上浇注一层纳米颗粒浆料，干燥后再在上面热压 一层聚合物。软刻技术是近年发展起来的 一类制作纳/微米结构的新方法。该方法 利用弹性体材料聚二曱基硅氧烷(PDMS)等作为软印章或软模板，通过 聚合物等材料的铸模、模塑、印刷等来制备各种微结构。近年来，软刻技 术已被用来制备超疏水表面。Sun等利用天然荷叶作母版，利用复制微 模塑制作了超疏水的PDMS表面。刘斌等报道了以天然荷叶作母版的超 疏水表面接触软印刷方法。本专利技术先用PDMS为原料复制新鲜荷叶表面 的微结构作为软模板，然后将改性的纳米粒子与聚合物浇注或热压到 PDMS软模板表面，成型后剥离即得到表面含有微纳二阶结构、具有一定 功能的聚合物超疏水表面。具体的，所述步骤(1)为将聚二曱基硅氧烷预聚体和交联剂混合 均匀后真空脱气处理10 60min,得到混合物浇注在新鲜的荷叶近轴面上，6室温放置18 24h后于烘箱中30 60。C下反应l~3h,固化剥离得到所述 PDMS软模板。所述交联剂为与PDMS配套的交联剂，所述交联剂与PDMS预聚体 质量比为1: 8~20。所述步骤(2)中分散方法为高速剪切、超声分散或球磨制备，温度 0~100°C,时间10 min 72 h。具体的，所述步骤(3)为将纳米颗粒浆料和聚合物悬浮液或溶液 (悬浮液即水性涂料)混合(常温下即可)，浇注在PDMS软模板上，干 燥后剥离得到具有超疏水表面的材料。或者，所述步骤(3)为将纳米颗粒浆料和聚合物熔融共混后，热 压(温度需略高于聚合物熔点)在PDMS软模板上，冷却后剥离得到具 有超疏水表面的材料。又或者，所述步骤(3)为先在PDMS软模板上浇注一层纳米颗粒 浆料，干燥后在表面热压一层聚合物，冷却后剥离得到具有超疏水表面的 材料。具体的，所述方法如下(1) PDMS软模板制备将质量比10: 1的PDMS预聚体和交联剂混合 均匀后真空脱气处理30min，得到混合物浇注在新鲜的荷叶近轴面 上，室温放置24h后于烘箱中4(TC下反应2h，固化剥离得到PDMS 软模板；(2) 纳米颗粒浆料制备将纳米Ti02分散在乙醇中配成Ti02质量含量 5%的浆液，添加质量为纳米Ti02质量3%的KH570,调pH值为3.5， 搅拌充分水解，超声处理4h，得到纳米Ti02浆料；(3)超疏水表面制备将体积比7: 3的纳米Ti02浆料和30%聚氨酯水性溶液搅拌均匀得到溶胶，将溶胶浇注在PDMS软模板上，干燥后剥离得到具有超疏水表面的材料。本专利技术可采用扫描电镜来观察超疏水表面的微纳米二阶结构。本专利技术中超疏水表面的透光率、隔热能力等功能可由调节纳米粒子的含量来控制。本专利技术方法操作工艺简单，效率高，可控性和重复性好，所得表面由于含有功能性纳米粒子，不仅赋予了聚合物表面超疏水性，而且赋予超疏水表面一定的功能，为超疏水功能表面的制备提供了一种简单、有效的途径，因此具有广泛的应用价值和广阔的市场前景。(四)附图it明附图说明图1是PDMS软模板扫描电镜(SEM)照片，a为小倍数下的软模板表面结构，b为放大后的软模板表面结构。图2是TiO/WPU浇注微模塑制备聚合物超疏水表面过程示意图。图3是Ti02/WPU浇注微模塑制备的超疏水表面SEM照片a、 c为纯PU表面，b、 d为Ti02/PU表面。图4是Ti02/WPU浇注微模塑制备的表面接触角图a为纯PU表面，b为Ti(VPU表面。图5是ATO/WPU浇注微模塑制备聚合物超疏水表面过程示意图。图6是ATO/WPU浇注微模塑制备聚合物超疏水表面的SEM照片a、 b为ATO/PU表面，c、 d为纯PU表面。图7是ATO/WPU浇注微模塑制备聚合物超疏水表面本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纳米颗粒辅助微模塑制备超疏水表面的方法，所述方法包括如下步骤： （１）ＰＤＭＳ软模板制备：以聚二甲基硅氧烷预聚体为主要原料，复制新鲜荷叶近轴面的微结构，制得具有荷叶面阴模结构的ＰＤＭＳ软模板； （２）纳米颗粒浆料制备：将纳米 颗粒分散在介质中，添加质量为纳米颗粒质量０．１～３０％的分散剂或表面改性剂，进行分散得到稳定的纳米颗粒浆料；所述纳米颗粒为下述原料中的一种或混合的纳米粒子：ＣａＣＯ↓［３］、ＳｉＯ↓［２］、ＴｉＯ↓［２］、ＺｎＯ、ＡＴＯ、ＩＴＯ、Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］；所述介质为下列之一或其中两种以上的混合：水、Ｃ１～Ｃ４的醇或Ｃ３～Ｃ５的酮；所述分散剂或表面改性剂为下列之一或其中两种以上的混合：ＫＨ５７０、ＰＥＧ４００／４０００、ＰＥＩ或ＰＶＰ； （３）超疏水 表面制备：将纳米颗粒浆料和聚合物的悬浮液或溶液掺混后浇注或者将纳米颗粒和聚合物热压在ＰＤＭＳ软模板上，成型后剥离得到具有超疏水表面的材料；所述聚合物为下列之一：ＷＰＵ、ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、ＰＰ。
【技术特征摘要】
1.一种纳米颗粒辅助微模塑制备超疏水表面的方法，所述方法包括如下步骤(1)PDMS软模板制备以聚二甲基硅氧烷预聚体为主要原料，复制新鲜荷叶近轴面的微结构，制得具有荷叶面阴模结构的PDMS软模板；(2)纳米颗粒浆料制备将纳米颗粒分散在介质中，添加质量为纳米颗粒质量0.1～30％的分散剂或表面改性剂，进行分散得到稳定的纳米颗粒浆料；所述纳米颗粒为下述原料中的一种或混合的纳米粒子CaCO3、SiO2、TiO2、ZnO、ATO、ITO、A12O3、Fe2O3；所述介质为下列之一或其中两种以上的混合水、C1～C4的醇或C3～C5的酮；所述分散剂或表面改性剂为下列之一或其中两种以上的混合KH570、PEG400/4000、PEI或PVP；(3)超疏水表面制备将纳米颗粒浆料和聚合物的悬浮液或溶液掺混后浇注或者将纳米颗粒和聚合物热压在PDMS软模板上，成型后剥离得到具有超疏水表面的材料；所述聚合物为下列之一WPU、LDPE、LLDPE、PP。2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于所述步骤(1)为将聚二甲基 硅氧烷预聚体和交联剂混合均勻后真空脱气处理10 60min,得到混合 物浇注在新鲜的荷叶近轴面上，室温放置18 24h后于烘箱中30 60°C 下反应l 3h，固化剥离得到所述PDMS软模板。3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于所述交联剂为与PDMS配套的交联剂，所述交联剂与聚二甲基硅氧烷预聚体质量比为1: 8 ...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯杰，钟明强，郑建勇，黄宝元，林玮炜，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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