一種超疏水微孔高分子薄膜材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超疏水微孔高分子薄膜材料的制備方法。本發(fā)明通過兩步處理工藝制備此薄膜材料，即先通過兩次陽極氧化的方法，制備孔洞大小均勻、孔道有序的陽極氧化鋁模板，然后以此陽極氧化鋁模板為基材，在其表面修飾力學(xué)性能好、表面能低的聚烯烴樹脂材料，得到一種高疏水性、高透光性且成本低廉的超疏水微孔高分子薄膜材料。
【專利說明】一種超疏水微孔高分子薄膜材料的制備方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于材料化學(xué)中的高分子復(fù)合材料領(lǐng)域，涉及一種利用多孔陽極氧化鋁模板為基體材料，修飾以力學(xué)性能好、表面能低的聚烯烴樹脂材料，制備出高疏水性、高透光性且成本低廉的超疏水微孔高分子薄膜材料的方法。根據(jù)本發(fā)明所制備的超疏水薄膜材料，解決了市場上現(xiàn)有的采用氟樹脂增加薄膜強(qiáng)度和降低表面能時(shí)價(jià)格昂貴的問題。本發(fā)明所涉及方法操作簡便，制備材料的性能可控性強(qiáng)，適用于實(shí)驗(yàn)室制備及企業(yè)應(yīng)用性研究，所制備的材料是一種高疏水性、高透光性且成本低廉的超疏水微孔高分子薄膜材料。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]液體對(duì)固體表面的潤濕是一個(gè)重要的界面現(xiàn)象，它不僅與人們的正常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有密切的聯(lián)系，而且還影響到自然界中動(dòng)植物的種種生命活動(dòng)。固體表面的潤濕性通常用水滴在表面上形成的接觸角來衡量，接觸角小于90°的表面稱為親水表面,大于90°的稱為疏水表面。自上個(gè)世紀(jì)90年代日本和德國的科學(xué)家對(duì)分形表面和植物表面的研究工作發(fā)表以來，與水的接觸角大于150°的超疏水表面引起了世界范圍內(nèi)的極大關(guān)注，現(xiàn)已成為仿生納米材料技術(shù)中的熱點(diǎn)之一。
[0005]超疏水表面由于具有類似于自然界的荷葉表面結(jié)構(gòu)，這樣其表面除了不沾水外還有自潔的功能，換句話說，就是表面在水滴的作用下能夠自動(dòng)清除表面污染的各種顆粒。超疏水表面可以通過兩種方法來制備:1.在疏水材料表面改變材料表面的粗糙度和表面形態(tài)，如通過接枝入無機(jī)微納米粒子或微納米纖維狀物質(zhì)，以減少水珠與平面的接觸面積；2在具有一定粗糙度的表面上修飾低`表面能的物質(zhì)，如聚四氟乙烯或全氟烷基氯硅烷，因其分子鏈中含有CF3基團(tuán)，因而具有極低的表面能。
[0006]多孔陽極氧化鋁(PAA)對(duì)于非極性的油及有機(jī)溶劑有良好的吸收性，而與水的接觸角在150°以上，然而由于其力學(xué)方面的缺陷限制其使用及推廣。市場上大多采用價(jià)格昂貴的氟樹脂(130元/公斤)作為修飾材料，增強(qiáng)PAA膜的強(qiáng)度及表面自由能。如果選用價(jià)格較低廉、表面能低的樹脂材料替代聚四氟乙烯等含氟樹脂，即可制備出微觀表面粗糙，材料表面自由能低，且疏水性高的材料。
[0007]本發(fā)明正是基于以上理論基礎(chǔ)的同時(shí)，以多孔陽極氧化鋁模板為基體材料，使材料表面具有粗糙結(jié)構(gòu)，在其表面修飾以力學(xué)性能好且價(jià)格低廉的聚烯烴樹脂材料，增加材料的強(qiáng)度，最終得到疏水性高，透光性高且成本低廉的超疏水微孔高分子薄膜材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所使涉及的方法是利用電化學(xué)方法，通過控制高純鋁片陽極氧化過程的條件，包括氧化時(shí)間、氧化溫度、氧化電壓等等，制備出透明的陽極氧化鋁模板，并在其表面修飾以力學(xué)性能好且價(jià)格低廉的聚烯烴樹脂材料，最終得到疏水性高，透光性高且成本低廉的超疏水微孔高分子薄膜材料。具體步驟如下:
一、多孔陽極氧化鋁模板的制備 1.鋁片的預(yù)處理工藝
本專利采用高純鋁板(99.999%)作為制備多孔陽極氧化鋁模板的原材料，同時(shí)對(duì)鋁片進(jìn)行預(yù)處理，包括去油脂、退火、酸洗、堿洗、和電化學(xué)拋光。前處理的理由如下:(1)鋁板處于軋制狀態(tài)，其晶粒大小參差不齊，晶體中存在很多形變結(jié)構(gòu)，內(nèi)應(yīng)力較大；(2)表面不平整，劃痕較多。因此在進(jìn)行陽極氧化制備陽極氧化鋁模板前，應(yīng)對(duì)鋁板進(jìn)行必要的預(yù)處理。
[0009]2.鋁的陽極氧化工藝 采用兩步陽極氧化法制備多孔陽極氧化鋁模板。將經(jīng)過預(yù)處理的鋁板作為陽極，普通鋁板作為陰極，通過控制氧化溫度、氧化電壓、氧化電流和氧化時(shí)間，在草酸溶液恒壓條件下進(jìn)行兩次陽極氧化，可得到孔洞范圍有序，孔道筆直的多孔氧化鋁層。
[0010]3.陽極氧化鋁模板的后續(xù)處理工藝
陽極氧化鋁模板的后續(xù)處理包括:除去鋁基底和擴(kuò)孔處理。通過后續(xù)處理過程可將氧化鋁膜完好無損地從鋁板上分離出來，同時(shí)可對(duì)制得的薄膜的孔洞大小及孔道形貌進(jìn)行調(diào)難
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[0011 ] 二、聚烯烴樹脂材料的上載試驗(yàn)
采用加熱并超聲的方法將聚烯烴樹脂材料灌注到氧化鋁薄膜中，通過控制加熱溫度和超聲時(shí)間，保證聚烯烴樹脂材料完全浸入到氧化鋁薄膜中。
[0012]【具體實(shí)施方式】:
1.將5cm*3cm的矩形高純鋁片(99.999%)分別用二氯甲烷、丙酮、無水乙醇超聲清洗lOmin，置于烘箱中干燥后，在500°C下退火2小時(shí)，分別置于碳酸鈉、硝酸溶液中進(jìn)行堿洗、酸洗lmin，干燥備用。
[0013]2.電化學(xué)拋光:以HC104，CH3CH20H(體積比為1:4)為拋光液，電壓為18-20V，進(jìn)行電化學(xué)拋光，時(shí)間為2_3min。拋光后招板表面如鏡面。
[0014]3.將處理好的鋁片在0.3mol/L的草酸溶液中進(jìn)行第一次陽極氧化，氧化時(shí)間為6小時(shí)，電壓為40V，在冰水浴中進(jìn)行，溫度大約在1°C。將鋁片放入60°C的混酸溶液中(0.4mol鉻酸和0.Smol磷酸等體積混合)浸泡大約6小時(shí)，以卸下表面形成的多孔陽極氧化鋁膜。再進(jìn)行第二次陽極氧化，氧化條件為:草酸濃度0.3mol/L，溫度為1-10°C (冰水浴)，電壓為40V，氧化時(shí)間為24小時(shí)。將氧化后的陽極氧化鋁模板放入5%的H3P04溶液，35°C的恒溫水浴槽中進(jìn)行擴(kuò)孔處理，得到孔徑大小為40nm左右的陽極氧化鋁模板，再用二次蒸餾水反復(fù)多次清洗，干燥備用。
[0015]4.將聚烯烴樹脂材料(PP、PE、PVC、PC或PMMA中的一種或者幾種)用甲苯、二甲苯、DMAC或DMSO等試劑溶解后，將制得的氧化鋁膜在加熱的情況下放置其中，溫度為100°C，并進(jìn)行超聲震蕩，時(shí)間為I小時(shí)，置于真空干燥箱中干燥I小時(shí)后再進(jìn)行二次浸泡，時(shí)間為I小時(shí)，置于烘箱中干燥，備用。
【權(quán)利要求】
1.一種超疏水微孔高分子薄膜材料的制備方法，通過兩次陽極氧化的方法，制備孔洞大小均勻、孔道有序的陽極氧化鋁模板，然后以此陽極氧化鋁模板為基材，在其表面修飾力學(xué)性能好、表面能低的聚烯烴樹脂材料，解決了現(xiàn)有市場上采用聚四氟乙烯類含氟樹脂成本昂貴的問題，本方法簡便易行，而且所制得的材料具有高疏水性、高透光性和較低的成本。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽極氧化過程，是采用草酸作為電解液，采用處理過的鋁板(單面)作為陽極，普通鋁板作為陰極，在電壓為40V，溫度為1-10°C下進(jìn)行兩次陽極氧化過程，氧化時(shí)間分別為6小時(shí)和24小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超疏水微孔高分子薄膜材料的制備方法，其中聚烯烴樹脂材料是指PP、PE、PVC、PC或PMMA中的一種或者幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超疏水微孔高分子薄膜材料的制備方法，其中聚烯烴樹脂材料的上載實(shí)驗(yàn)方法是，加`熱超聲，溫度為100°C，時(shí)間大約I小時(shí)，方法簡單，易行。
【文檔編號(hào)】C08L23/12GK103665415SQ201210358122
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月25日
【發(fā)明者】劉暢, 翟春熙, 寧可 申請(qǐng)人:黑龍江鑫達(dá)企業(yè)集團(tuán)有限公司