一種對聚合物表面進行疏水改性的方法
2023-05-30 09:55:11
一種對聚合物表面進行疏水改性的方法
【專利摘要】本發明公開了一種對聚合物表面進行疏水改性的方法，所述方法是首先對經表面清潔處理後的聚合物表面進行紫外光氧化處理，然後採用浸泡法或氣相沉積法在經紫外光氧化處理後的聚合物表面進行疏水物質的修飾。本發明方法具有工藝簡單、無需特殊設備、無需真空或特殊氣氛條件、不必額外使用模板，易於規模化實施等優點；尤其是，經本發明方法改性處理的聚合物表面具有超疏水性，且其在經受350℃的高溫處理後仍然可以保持超疏水特性，可適用於在高溫等惡劣環境中的使用要求。
【專利說明】一種對聚合物表面進行疏水改性的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種對聚合物表面進行疏水改性的方法，屬於高分子材料表面改性【技術領域】。
【背景技術】
[0002]自然界中，荷葉、水稻葉、蟬翼以及水黽腿表面都具有超疏水特性。這類超疏水表面在生活中具有廣闊的應用前景，如:可以實現材料表面自清潔，從而使建築物的外牆、露天的廣告牌等表面象荷葉一樣保持自然清潔；可以用於汽車玻璃、空調換熱器以及眼鏡表面的防雪、防霜、防霧等；可以被應用於金屬表面，以解決金屬腐蝕的問題；可以用於微流體控制領域可以實現對微流體流動的定向操控，以降低微流系統的工作能耗；可以用於生物領域，可以提高生物細胞的生長效率、體內載體的生物相容性；可以用於電池系統領域，大大改善電池的工作壽命和工作效率。
[0003]低的表面自由能和微納米尺度的表面結構是實現材料表面超疏水的兩個決定性因素。尤其各種特殊形態的微納米尺度結構在產生生物表面的超疏水性能上起到了關鍵性的作用。目前，製備超疏水聚合物的技術主要可分為以下幾類:表面刻蝕法、電紡法、聚合反應成膜法、模板法、溶膠凝膠法。這些方法共同的特點是製備的表面具有較低的表面能，同時又具有較大的粗糙度。但是，上述現有技術也存在著綜合性能欠佳、不適合大規模商業應用等缺點。其中表面刻蝕法可以利用綜合性能穩定的聚合物薄膜，在不改變其整體性能的前提下實現其表面疏水化處理，但一般現有的光刻技術或等離子刻蝕技術也存在製備工藝複雜、設備昂貴、製備條件苛刻、成本較高等缺陷，不利於大面積推廣應用。因此，開發一種成本低、工藝簡單、且可實現規模化生產的聚合物表面疏水化處理方法非常重要。
【發明內容】
[0004]針對現有技術存在的上述問題和需求，本發明旨在提供一種工藝簡單、成本低廉、適合規模化的對聚合物表面進行疏水改性的方法。
[0005]為實現上述發明目的，本發明採用的技術方案如下:
[0006]一種對聚合物表面進行疏水改性的方法，是首先對經表面清潔處理後的聚合物表面進行紫外光氧化處理，然後採用浸泡法或氣相沉積法在經紫外光氧化處理後的聚合物表面進行疏水物質的修飾。
[0007]本發明所述的聚合物可以是聚醯亞胺、聚醚醚酮、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚醯胺、聚酯類聚合物等。本領域技術人員不難得知，將本發明方法用於其它聚合物時也會有類似結果，因為聚合物具有易於與紫外以及紫外所產生的臭氧作用的通性，只是作用強度有所不同而已。
[0008]所述的紫外光氧化處理可在空氣氛下進行，也可在氧氣氛下進行，還可以在含氧氣和臭氧的混合氣氛下進行。
[0009] 進行紫外光氧化處理的裝置為紫外燈，優選波長為185nm和254nm的低壓石英汞燈。
[0010]進行紫外光氧化處理的紫外光強度為lmW/cm2~100mW/cm2,處理時間為I~200小時，優選為I~100小時。
[0011]所述的疏水物質推薦為氟矽烷或碳鏈長度為8~14的烷氧基矽烷，優選為1H, 1H, 2H, 2H-全氟十七烷三甲基氧矽烷。
[0012]與已有研究報導相比，本發明方法具有工藝簡單、無需特殊設備、無需真空或特殊氣氛條件、不必額外使用模板，易於規模化實施等優點；尤其是，利用本發明方法所處理的聚合物表面具有超疏水性，且其在經受350°C的高溫處理後仍然可以保持超疏水特性，經本發明改性處理後的聚合物可適用於在高溫等惡劣環境中的使用要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是依據實施例1經紫外光氧化處理後的聚醯亞胺薄膜分別在低倍鏡(a)和高倍鏡(b)下的表面形貌圖；
[0014]圖2是依據實施例1製得的超疏水聚醯亞胺薄膜分別在低倍鏡(a)和高倍鏡(b)下的表面形貌圖，插圖為其表面上水滴(5μυ形態的光學顯微圖片；
[0015]圖3是依據實施例1製得的超疏水聚醯亞胺薄膜經不同溫度處理後的水接觸角數據；
[0016]圖4是依據實施例1製得的超疏水聚醯亞胺薄膜經350°C處理後分別在低倍鏡(a)和高倍鏡(b)下的表面形貌圖，插圖為其表面上水滴(5 μ L)形態的光學顯微圖片。
【具體實施方式】
[0017]下面結合具體實施例，進`一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。
[0018]實施例1
[0019]一、先將聚醯亞胺薄膜洗淨吹乾，然後用紫外光氧化法對聚醯亞胺薄膜表面進行氧化刻蝕，使用185nm和254nm的低壓石英汞燈，控制功率為70W，紫外光強度為lOmW/cm2，其中185nm和254nm波長的光強度比為10:90，對薄膜氧化刻蝕72h後取出，得到如圖1所示的微納米結構形貌，包含微納米尺度的山脊狀突起、溝道以及納米突起團簇形成的島狀結構，表面水接觸角小於10°，呈現超親水狀態；
[0020]二、取lOyLIH，1H，2H，2H_全氟十七烷三甲基氧矽烷置於聚四氟乙烯罐的底部，並將聚醯亞胺薄膜豎直固定於聚四氟乙烯罐內，然後用高壓釜密封后，將其放在120°C的烘箱中處理，以使經紫外光氧化處理後的表面與1H，1H, 2H, 2H-全氟十七烷三甲基氧矽烷充分反應；反應2h後將聚四氟乙烯罐打開，加熱到150°C，攪拌使沒有反應掉的1H, 1H, 2H, 2H-全氟十七烷三甲基氧矽烷分子揮發掉(約3h);自然冷卻到室溫，測其表面形貌如圖2所示，在此步驟中表面形貌改變不大，呈現微納米尺度山脊狀突起、溝道以及納米突起團簇形成的島狀結構，但氟烷基矽氧烷的修飾使其表面能降低，表面上水滴(5μυ形態的光學顯微圖片如圖2中a圖上的插圖所示，水接觸角為156.8°，呈現出超疏水狀態，說明得到了超疏水聚醯亞胺薄膜；
[0021]將所得超疏水聚醯亞胺薄膜分別在50、100、150、200、250、300、35(rC進行熱處理3h，自然冷卻到室溫後再測其水接觸角，其水接觸角隨熱處理溫度的變化曲線如圖3所示，由圖3可見:所得超疏水聚醯亞胺薄膜經350°C的熱處理後依舊呈現超疏水狀態，其表面的微納米結構形貌如圖4所示，形貌在高溫熱處理後基本保持不變，水滴(5 μ L)形態的光學顯微圖片如圖4中a圖上的插圖所示，水接觸角為155.6°C，仍然呈現超疏水狀態。
[0022]實施例2
[0023]一、先將聚醯亞胺薄膜洗淨吹乾，然後用紫外光氧化法對聚醯亞胺薄膜表面進行氧化刻蝕，使用185nm和254nm的低壓石英汞燈，控制功率為40W，紫外光強度為7mW/cm2，其中185nm和254nm波長的光強度比為5:95，對薄膜氧化刻蝕96h後取出；
[0024]二、將經紫外光氧化處理後的聚醯亞胺薄膜放在50mmol/L的1H，1H, 2H, 2H-全氟十七烷三甲基氧矽烷的對二甲苯溶液中，放置在100°c的烘箱中浸泡3h，以使經紫外光氧化處理後的表面與1H，1H, 2H, 2H-全氟十七烷三甲基氧矽烷充分反應；反應2h後取出，加熱到150°C，攪拌使沒有反應掉的1H，1H, 2H, 2H-全氟十七烷三甲基氧矽烷分子揮發掉(約2h)；自然冷卻到室溫，測其水接觸角為151.2°，也呈現出超疏水狀態。
[0025]本發明方法不僅限於對聚醯亞胺薄膜的表面進行疏水改性，可以適用於聚醯亞胺、聚醚醚酮、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚醯胺、聚酯等各類聚合物。本領域技術人員不難得知，將本發明方法用於其它聚合物時也會有類似結果，因為聚合物具有易於與紫外以及紫外所產生的臭氧作用的通性，只是作用強度有所不同而已。
[0026]最後有必要在此說明的是:以上實施例只用於對本發明的技術方案作進一步詳細地說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，本領域的技術人員根據本發明的上述內容作出的一些非本質的改進和調整均屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種對聚合物表面進行疏水改性的方法，其特徵在於:首先對經表面清潔處理後的聚合物表面進行紫外光氧化處理，然後採用浸泡法或氣相沉積法在經紫外光氧化處理後的聚合物表面進行疏水物質的修飾。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述的紫外光氧化處理在空氣氛下進行或在氧氣氛下進行或在含氧氣和臭氧的混合氣氛下進行。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於:進行紫外光氧化處理的裝置為紫外燈。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於:所述的紫外燈是波長為185nm和254nm的低壓石英汞燈。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於:進行紫外光氧化處理的紫外光強度為ImW/cm2 ~100mW/cm2。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於:進行紫外光氧化處理的時間為I~200小時。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述的疏水物質為氟矽烷或碳鏈長度為8~14的烷氧基矽烷。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於:所述的疏水物質為1H，1H,2H, 2H-全氟十七燒二甲基氧矽烷。·
【文檔編號】C08J7/12GK103709429SQ201310698565
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月18日 優先權日:2013年12月18日
【發明者】宋力昕, 谷紅宇, 齊振一, 張錦麟 申請人:中國科學院上海矽酸鹽研究所