[发明专利]一种具有超疏水表面的聚甲基丙烯酸甲酯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及改性材料及其制备方法，特别是涉及一种具有超疏水表面的聚甲基丙烯酸甲酯及其制备方法。

背景技术

具有超疏水表面的材料(与水的接触角大于150°)在生产和生活中都有巨大的应用前景。由于这些材料的表面和水的接触区域较少，这样在超疏水表面上就不会发生需有水才能发生的化学反应以及与水形成化学键，相应的像表面对雪和雨水的吸附，表面的氧化以及摩察阻力等各种各样的现象在超疏水表面会相应的减少或杜绝，因此，这些具有超疏水表面的材料具有自清洁功能。具有自洁功能的超疏水化建筑材料和外墙涂料是解决雨雪粘连和灰尘污染的有效途径。

固体表面的浸润性是由固体的表面化学组成和表面三维微结构决定的。为了得到固体超疏水的表面，人们经常以含氟基团进行表面处理。但仅仅用低表面能物质进行表面处理还不能达到很好的疏水效果，固体表面的浸润性还与表面三维微结构密切相关。1949年，Wenzel提出了一个描述粗糙表面的接触角θ′模型，方程如下：

coaθ′＝r(γ_SV-γ_SL)/γ_LV＝rcosθ    (1)

在上式中，r是粗糙度因子，定义为粗糙表面的实际表面积与其几何投影区域的比值；θ为材料的本征接触角。由于r总是大于1，因此，提高表面粗糙度可以提高疏水表面的疏水性。可见，表面三维微结构是决定固体表面浸润性的另一重要因素，特别是当材料表面为三维立体结构、并且这种结构的尺度在微米和纳米范围时(10-5000nm)，往往会呈现出通常所不具有的特异性能。

但是，到目前为此，现有文献报道的制备具有超疏水效果粗糙表面的方法，由于其条件苛刻，往往要使用氟硅烷等试剂进行表面修饰，这对人体以及环境会造成污染，而且，这些方法步骤繁多，很难在工业生产中得到实际应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有超疏水表面的聚甲基丙烯酸甲酯材料及其制备方法。

本发明具有超疏水表面的聚甲基丙烯酸甲酯材料，是按照如下步骤进行制备的：

1)将聚丙烯酸甲酯材料先置于二胺溶液中使聚丙烯酸甲酯材料表面的酯基与二胺分子发生氨解反应；

2)然后，将其置于长链脂肪酸溶液中进行处理，挥发掉溶剂，得到具有超疏水表面的聚甲基丙烯酸甲酯材料。

在本发明中，二胺分子与PMMA材料中酯基发生氨解反应，而后固定在PMMA表面上的活性胺基诱导长链脂肪酸结晶，使长链脂肪酸的羧基优先在PMMA基底上排布，而疏水的烷基链倾向与排布在气固界面上，使PMMA表面由疏水的烷基链所覆盖，从而使得PMMA材料具有超疏水表面。

其中，很多种二胺均可以应用于本发明，而且，还可以使用各种混合二胺，常见的，二胺结构式如式I，

NH₂-Ra-NH₂    (式I)

其中，Ra为C_1-14的直链或支链烷基，或者，芳基。

这些直链或支链烷基以及芳基，可以是取代的或者未取代的，或者，该芳基包含五元、六元或十元环系的碳环合杂环基团，它通过共价键或间隔单元如1-8个碳原子的直链或支链的烷基与胺基相连。本发明中，对于二胺的溶剂没有特殊限制，常用的溶剂选自水、甲醇、乙醇、乙腈以及其他PMMA的不良溶剂，溶剂与二胺的体积比为0-30∶1。步骤1)氨解反应的温度为0-50℃；时间为0.5-10h。

在本发明中，改性PMMA材料的表面疏水基团来自于长链脂肪酸，长链脂肪酸的碳原子数为3-30；其常用溶剂选自水、甲醇、乙醇以及其他PMMA的不良溶剂；长链脂肪酸的质量百分浓度为0.01-15％。步骤2)处理的温度为0-90℃；处理时间为0.1-30小时。

一般来讲，碳链长的脂肪酸比碳链短的脂肪酸有利于接触角的提高，另外对于不同的二胺和脂肪酸，合适的溶剂以及处理温度的选择也有助于表面疏水性的提高。