[发明专利]一种靠疏水纳米颗粒自发沉积制备聚合物超疏水表面的方法

说明书

本发明公开了一种疏水纳米颗料自发沉积制备聚合物超疏水表面的方法：将疏水纳米颗粒均匀喷洒到聚合物薄膜状熔体表面，在聚合物熔点或粘流温度以上，极短的时间内，疏水纳米颗粒会自发沉积到熔体表面的内部，形成镶嵌结构，冷却以后，即得到聚合物超疏水薄膜。本发明制得的聚合物超疏水薄膜，具有超疏水性能稳定，耐水流冲击，具有较好的耐摩擦性能等优点。本发明所述的制备方法与现有的聚合物流延和淋膜工艺高度吻合，仅需在流延或淋膜设备的T型机头附近安装一排疏水纳米颗料喷洒装置即可，并且成本低，重复/连续性好，适合大规模生产，同时环境友好。本发明具有广泛的应用价值和广阔的市场前景。

(一)技术领域

本发明涉及一种聚合物超疏水表面的制备方法，具体是指靠疏水纳米颗粒在聚合物熔体表面自发沉积，形成镶嵌结构，实现聚合物表面超疏水化。

(二)背景技术

超疏水表面是指水滴静态接触角≥150°，滚动角≤10°的表面，它在雨水自清洁、抗冻雨、流体减阻等领域具有重要应用。超疏水表面，尤其是透明超疏水塑料薄膜的大面积、低成本构建一直是产业化难点。在此前的研究中，我们发明了各种大面积构建聚合物超疏水表面/薄膜的方法(200910096817.2、200910098056.4、200910098094.X、201010109225.2、201010203392.3)，但所得薄膜均不透明或透明度不高，大大限制了超疏水薄膜应用范围。

透明超疏水薄膜可望用于幕墙、车身、甚至车窗贴膜，实现雨水自清洁或者雨天可视度高。Fresnais J等人在低分子聚乙烯膜上采用两步等离子刻蚀方法制备了表面自由能近似于聚四氟乙烯的透明超疏水膜(Fresnais J,et al.Surface and CoatingsTechnology,2006,200:5296-5305.)。阿卜迪阿齐兹·A·法拉赫等人通过等离子体技术处理光学透明材料，赋予材料表面超疏水的同时，维持材料高的可见光透射率(CN106459459A)。

在透明聚合物薄膜基底上精密涂布透明超疏水涂料，有可能实现透明超疏水。陈早等人通过浸渍提拉涂膜工艺，在经空气等离子体改性后的对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜上制备了SiO₂涂层，最后利用全氟癸基三氯硅烷(FAS)对其表面修饰形成透明超疏水表面(现代塑料加工应用,2016,28(3):12-15)，但精密涂布设备投资门槛高，涂布工艺复杂。仿照热压-牵拉微模塑工艺(200910098094.X)，制备表面具有纳米级粗糙结构的超疏水薄膜，有望较透明，但纳米粗糙的模具较难制备，即便能制备出，模具寿命可能也很短，另外牵拉工艺形成的微纤很可能会导致薄膜雾度上升甚至不再透明。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种简单、低成本、可大面积制备聚合物超疏水表面的方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种靠疏水纳米颗粒自发沉积制备聚合物超疏水表面的方法，包括以下具体内容：

将表面疏水的纳米颗粒均匀负载到聚合物膜表面，然后在聚合物粘流温度或熔点与热降解温度之间静置1～30min后，所述的表面疏水的纳米颗粒自发沉积到所述的聚合物熔体膜表面内部，形成镶嵌结构，然后冷却至室温，冲洗所得膜表面没有镶嵌到聚合物表面的纳米颗粒，即制得聚合物超疏水表面。

进一步，所述的表面疏水纳米颗粒为炭黑或表面修饰了C_1～18的烷基链或的无机非金属纳米颗粒，所述的无机非金属纳米颗粒为SiO₂、TiO₂、ZnO、CaCO₃或黏土。

再进一步，优选所述的表面疏水纳米颗料为表面接有甲基的纳米二氧化硅。

进一步，所述的表面疏水的纳米颗粒的粒径范围为1～500nm，优选为10-200nm。