CN108515688B - 一种超疏水塑料薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超疏水塑料薄膜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)将金相砂纸在硅油的石油醚溶液中浸渍后，取出晾干；(2)将塑料薄膜与金相砂纸叠合在一起，放入烘箱预热；(3)调整双辊开炼机的辊筒温度和辊筒间隙；(4)将预热后的塑料薄膜和金相砂纸，从烘箱中取出后，迅速垂直放入相向转动的双辊开炼机的辊筒间隙，自辊筒下方将剪切挤压后的产物取出；(5)被剪切挤压后的产物降至室温，将金相砂纸从塑料薄膜上剥离去除，获得超疏水薄膜。本发明采用价格低廉的模板，不需要低表面能组分进行后修饰，实现了快速制备大面积的超疏水薄膜，表面水接触角超过150°，滚动角小于10°，具有表面结构稳定性和自身柔性。
Description
技术领域
本发明涉及一种超疏水塑料薄膜的制备方法，具体地说，涉及一种通过塑料薄膜与模板之间的剪切挤压而获得具有超疏水塑料薄膜的制备方法，属于功能型塑料薄膜的制备方法。
背景技术
超疏水表面是指与水的静态接触角大于150°，滚动角小于10°的表面，因其具有超疏水、自清洁、防冰雾、防尘等特点，因而有着广泛应用前景。目前制备超疏水表面的方法主要包括模板法、溶胶-凝胶法、相分离法、静电纺丝、电化学法以及水热法等。但是到目前为止，多数方法所采用的原料或设备比较昂贵，或者制备条件苛刻，费时费力，难以形成规模化的生产，限制了它们的广泛实际应用。采用简单、省时、省力的方法来制备出低成本、大面积的超疏水塑料薄膜，就成为超疏水高分子材料研究及应用的关键。但是到目前为止，在国内外尚未见此类研究报道。
发明内容
本发明针对目前尚没有简单、省时、省力的方法来制备出低成本、大面积的超疏水塑料薄膜的现状，提供了一种采用金相砂纸为模板、采用塑料薄膜为原料、采用双辊开炼机的辊筒之间的剪切和挤压作用为成型驱动力，制备大面积超疏水塑料薄膜的方法。
本发明采用在硅油的石油醚溶液浸渍后的金相砂纸为模板，便于塑料薄膜与金相砂纸受到剪切挤压作用之后，可以顺利地从塑料薄膜表面剥离去除金相砂纸模板，提高了剥离效果，也提高了金相砂纸模板的使用寿命；采用聚乙烯、聚丙烯作为塑料薄膜的原料，是因为这两种材质本身属于非极性的通用塑料，而且在预热之后，在外力作用下，容易发生塑性形变；将双辊开炼机的两个辊筒温度调至与烘箱中相同的预热温度，是为了避免在辊筒间隙的剪切和挤压过程中，由于塑料薄膜的降温，导致表面难以发生塑性形变，难以形成超疏水表面所需要的必要的粗糙表面；将两个辊筒之间的间隙调至比金相砂纸和塑料薄膜叠合在一起的总厚度小一些，是为了使其在通过辊筒间隙的时候，利用两个辊筒之间的转速比产生的剪切作用及挤压作用，驱动预热后塑料薄膜表层的物料渗入金相砂纸表面磨粒之间的间隙；将剪切挤压后的塑料薄膜和金相砂纸降至室温，再将金相砂纸从塑料薄膜表面剥离去除，可以避免在金相砂纸的剥离过程中，塑料薄膜发生大的塑性形变，而且去除金相砂纸模板之后的塑料薄膜表面平整。
需要指出的是，在目前通过模板法制备超疏水塑料的过程中，通常都是模板和塑料叠合在一起，预热之后进行压制复型；本发明虽然也采用了模板，但是在模板与基体塑料的复型过程中，存在两种驱动力，其一就是由于辊筒之间的转速比产生的强大剪切作用，其二是由于辊筒间隙略小于金相砂纸模板和塑料薄膜的总厚度而形成的挤压作用，这两种作用将使得塑料薄膜的表面物质更容易快速地充分地渗入到金相砂纸模板表面的间隙；较普通的模压法相比，成型速度快，成型效率高，仅仅利用金相砂纸和塑料薄膜的叠合物快速通过双辊开炼机辊筒间隙的短暂时间，就完成了模压复型过程；极大地提高了生产效率，而且有望实现连续的生产。
选用金相砂纸作为模板，将预热后的塑料薄膜的表面与模板在辊筒之间的剪切和挤压作用下紧密结合在一起，可以快速在其表面构建微纳米粗糙结构。在金相砂纸模板和塑料薄膜基体的剥离过程中，塑料薄膜的表面不仅可以复制金相砂纸模板表面的粗糙结构，更重要的是，在剥离过程中，渗入金相砂纸磨粒缝隙的塑料在剥离作用下，会发生显著的塑性形变，并在塑料薄膜的表现形成纤维状的韧性撕裂带，从而形成更为复杂的表面粗糙结构，极大地提高了塑料薄膜表面的超疏水性；该表面不需要任何低表面能(含氟材料或硅烷)组分的后期修饰，即可获得超疏水表面。
因此，本发明是通过一种简单易行的方法来快速制备大面积超疏水塑料薄膜，不仅成本低廉，制备速度快，产物面积大，而且性能优异，具有重要的科学意义和应用前景。
本发明目的通过如下技术方案实现：
一种超疏水塑料薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粒度号为W7～W28的片状金相砂纸在2wt.％的硅油的石油醚溶液中浸渍1min后，取出晾干；
(2)将厚度为0.20～0.50mm的片状塑料薄膜，与(1)中处理后的金相砂纸的有磨粒的一面叠合在一起，然后一同放入烘箱预热5min，预热温度比薄膜塑料的熔点低5～15℃；塑料薄膜的材质为聚乙烯、聚丙烯中的一种；
(3)将双辊开炼机的两个辊筒温度调至与(2)中烘箱相同的温度，将两个辊筒之间的间隙调至比金相砂纸和塑料薄膜叠合在一起的总厚度小10～15％；
(4)按下双辊开炼机的启动键，使辊筒转动，将(2)中预热后的叠合在一起的塑料薄膜和金相砂纸，从烘箱中取出后，迅速垂直放入(3)中的双辊开炼机的辊筒间隙，待通过辊筒间隙后，自辊筒下方将剪切挤压后的塑料薄膜和金相砂纸一同取出；
(5)待(4)中被剪切挤压后的塑料薄膜和金相砂纸降至室温，将金相砂纸从塑料薄膜上剥离去除，获得超疏水薄膜。
将片状塑料薄膜置于烘箱中预热塑化，使塑料薄膜的温度接近熔点及粘流态，获得必要的可塑性；如果预热不充分，则可塑性不足，在模塑过程中，难以完美地复制模板上的微纳米粗糙结构；但如果预热时间过长了，则可能发生流延，材料变形严重。在塑料薄膜与金相砂纸模板的剥离过程中，进入模板表层微纳结构的塑料被拔出，在拔出过程中，不仅复制了模板表面的微观结构，而且由于塑料自身的塑性形变，形成更为精细的纤维状粗糙结构，提高了表面的超疏水性能。
本发明与现有技术相比，具有显著的积极效果和先进性：
(1)本发明制备具有超疏水表面的塑料薄膜，该方法的特点是制备速度快、制备的超疏水薄膜的面积大、产物不需要任何低表面能(含氟材料或硅烷)组分的后期修饰，即可获得超疏水表面。
(2)本发明的一种超疏水塑料薄膜的制备方法，与传统模板法相比，成型效率高，利用双辊开练机辊筒之间转速比产生的剪切和挤压作用，促进预热塑化后的塑料表层物料快速有效地渗入模板表面的粗糙结构，且有望实现连续生产。
(3)本发明的制备工艺简单，采用常规的非极性通用塑料薄膜为原料，通过对预热后的塑料薄膜，与叠合在一起金相砂纸模板快速通过双辊开炼机的辊筒间隙而实现复型，将模板剥离去除后，即可获得超疏水塑料薄膜。
本发明制得的超疏水塑料薄膜可用于需要超疏水，具备了很好的表面结构稳定性和表面超疏水特性。
附图说明
图1为本发明实施例1获得的具有超疏水表面的塑料薄膜的表面扫描电子显微镜图。
图2为本发明实施例1获得的具有超疏水表面的塑料薄膜的表面与水接触角测试图。
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：
(1)将粒度号为W10的片状金相砂纸在2wt.％的硅油的石油醚溶液中浸渍1min后，取出晾干；
(2)将厚度为0.20mm的片状低密度聚乙烯塑料薄膜，与(1)中处理后的金相砂纸的有磨粒的一面叠合在一起，然后一同放入烘箱预热5min，预热温度为100℃；
(3)将双辊开炼机的两个辊筒温度调至100℃，将两个辊筒之间的间隙调至比金相砂纸和塑料薄膜叠合在一起的总厚度小10％；
(4)开启双辊开炼机，使辊筒转动，将预热后的叠合在一起的塑料薄膜和金相砂纸，从烘箱中取出后，迅速垂直放入双辊开炼机的辊筒间隙，待通过辊筒间隙后，自辊筒下方将剪切挤压后的塑料薄膜和金相砂纸一同取出并移走；
(5)待被剪切挤压后的塑料薄膜和金相砂纸降至室温，将金相砂纸从塑料薄膜上剥离去除，获得超疏水薄膜。
经测试，其与水的接触角达到151.5°，滚动角小于6.5°。
实施例2：
(1)将粒度号为W28的片状金相砂纸在2wt.％的硅油的石油醚溶液中浸渍1min后，取出晾干；
(2)将厚度为0.50mm的片状低密度聚乙烯塑料薄膜，与(1)中处理后的金相砂纸的有磨粒的一面叠合在一起，然后一同放入烘箱预热5min，预热温度为110℃；
(3)将双辊开炼机的两个辊筒温度调至110℃，将两个辊筒之间的间隙调至比金相砂纸和塑料薄膜叠合在一起的总厚度小15％；
(4)开启双辊开炼机，使辊筒转动，将预热后的叠合在一起的塑料薄膜和金相砂纸，从烘箱中取出后，迅速垂直放入双辊开炼机的辊筒间隙，待通过辊筒间隙后，自辊筒下方将剪切挤压后的塑料薄膜和金相砂纸一同取出并移走；
(5)待被剪切挤压后的塑料薄膜和金相砂纸降至室温，将金相砂纸从塑料薄膜上剥离去除，获得超疏水薄膜。
经测试，其与水的接触角达到152.0°，滚动角小于5.5°。
实施例3：
(1)将粒度号为W7的片状金相砂纸在2wt.％的硅油的石油醚溶液中浸渍1min后，取出晾干；
(2)将厚度为0.20mm的片状聚丙烯塑料薄膜，与(1)中处理后的金相砂纸的有磨粒的一面叠合在一起，然后一同放入烘箱预热5min，预热温度为150℃；
(3)将双辊开炼机的两个辊筒温度调至150℃，将两个辊筒之间的间隙调至比金相砂纸和塑料薄膜叠合在一起的总厚度小10％；
(4)开启双辊开炼机，使辊筒转动，将预热后的叠合在一起的塑料薄膜和金相砂纸，从烘箱中取出后，迅速垂直放入双辊开炼机的辊筒间隙，待通过辊筒间隙后，自辊筒下方将剪切挤压后的塑料薄膜和金相砂纸一同取出并移走；
(5)待被剪切挤压后的塑料薄膜和金相砂纸降至室温，将金相砂纸从塑料薄膜上剥离去除，获得超疏水薄膜。
经测试，其与水的接触角达到151.0°，滚动角小于8.5°。
实施例4：
(1)将粒度号为W28的片状金相砂纸在2wt.％的硅油的石油醚溶液中浸渍1min后，取出晾干；
(2)将厚度为0.50mm的片状聚丙烯塑料薄膜，与(1)中处理后的金相砂纸的有磨粒的一面叠合在一起，然后一同放入烘箱预热5min，预热温度为160℃；
(3)将双辊开炼机的两个辊筒温度调至160℃，将两个辊筒之间的间隙调至比金相砂纸和塑料薄膜叠合在一起的总厚度小15％；
(4)开启双辊开炼机，使辊筒转动，将预热后的叠合在一起的塑料薄膜和金相砂纸，从烘箱中取出后，迅速垂直放入双辊开炼机的辊筒间隙，待通过辊筒间隙后，自辊筒下方将剪切挤压后的塑料薄膜和金相砂纸一同取出并移走；
(5)待被剪切挤压后的塑料薄膜和金相砂纸降至室温，将金相砂纸从塑料薄膜上剥离去除，获得超疏水薄膜。
经测试，其与水的接触角达到153.0°，滚动角小于6.5°。
Claims (1)
1.一种超疏水塑料薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法步骤如下：
(1)将粒度号为W7～W28的片状金相砂纸在2wt.％的硅油的石油醚溶液中浸渍1min后，取出晾干；
(2)将厚度为0.20～0.50mm的片状塑料薄膜，与(1)中处理后的金相砂纸的有磨粒的一面叠合在一起，然后一同放入烘箱预热5min，预热温度比薄膜塑料的熔点低5～15℃；塑料薄膜的材质为聚乙烯、聚丙烯中的一种；
(3)将双辊开炼机的两个辊筒温度调至与(2)中烘箱相同的温度，将两个辊筒之间的间隙调至比金相砂纸和塑料薄膜叠合在一起的总厚度小10～15％；
(4)按下双辊开炼机的启动键，使辊筒转动，由于辊筒之间的转速比产生强大剪切作用，由于辊筒间隙略小于金相砂纸模板和塑料薄膜的总厚度而形成挤压作用，将(2)中预热后的叠合在一起的塑料薄膜和金相砂纸，从烘箱中取出后，迅速垂直放入(3)中的双辊开炼机的辊筒间隙，待通过辊筒间隙后，自辊筒下方将剪切挤压后的塑料薄膜和金相砂纸一同取出；
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