[发明专利]一种溶剂蒸汽驱动型超疏水薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种溶剂蒸汽驱动型超疏水薄膜及其制备方法。该超疏水薄膜从下到上由PVDF层、交联PVA层、半固化PDMS层和无机纳米粒子/PDMS涂层热压形成；交联PVA层由聚乙烯醇水溶液、乙二醛和盐酸混合物涂覆在PVDF薄膜表面，室温下交联反应形成；无机纳米粒子/PDMS涂层由无机纳米粒子分散液与聚二甲基硅氧烷分散液依次在聚偏氟乙烯多孔滤膜上进行真空抽滤、固化形成；本发明所制备的薄膜水接触角达到168°，具有优良的化学稳定性。同时，薄膜可对多种溶剂蒸汽响应，实现快速、大幅度的卷曲变形，在防水自清洁、溶剂检测和智能驱动器等方面具有重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种超疏水薄膜领域，具体涉及一种溶剂蒸汽驱动型超疏水薄膜及其制备方法。

背景技术

受自然界中荷叶、玫瑰花瓣、蝴蝶翅膀、水黾腿等动植物的启发，人们发现超疏水材料的存在，其表面静态水滴接触角大于150°，滚动角小于10°。近二十年来，研究者们提出气相沉积法、层层组装法、化学刻蚀法、静电纺丝法和喷涂法等方法制备超疏水材料，并将超疏水材料逐步应用到自清洁、防覆冰、水面减阻、油水分离等领域。但目前制备的多数超疏水材料仍然存在柔韧性、温度稳定性、溶剂稳定性较差等缺点。

随着现代工业和人工智能化的快速发展，人们对功能性超疏水材料的需求变得尤为迫切。智能驱动材料是一类在电、热、光、磁场、溶剂、湿度等外界刺激下能发生形状变化的新型功能材料，在软体仿生机器人、传感器、人工肌肉等领域具有重要的研究价值和应用前景。将智能的可驱动性能赋予到超疏水材料中不仅可以扩宽超疏水材料的应用领域，也可以避免材料的驱动行为在潮湿、酸碱等环境下发生不准确的响应。目前，与可驱动型超疏水材料相关的研究鲜少报道，且报道的驱动材料不具备疏水性，多存在响应时间慢、弯曲幅度小等缺点。因此，发展一种化学稳定性优异、响应速度快、变形幅度大的功能性可驱动超疏水材料尤为重要。

发明内容

本发明针对目前超疏水材料温度稳定性差、不耐溶剂和功能单一以及驱动材料不具备疏水性、响应速度慢和变形幅度小等缺点，提供一种溶剂蒸汽驱动型超疏水薄膜及其制备方法，所得薄膜具有优良的疏水性和化学稳定性，且薄膜可对多种溶剂蒸汽响应，具有响应速度快、变形幅度大等优点。

本发明首先将聚偏氟乙烯(PVDF)溶液滴涂在玻璃表面并低温干燥；其次将聚乙烯醇(PVA)、戊二醛、盐酸和水的混合溶液涂覆在PVDF薄膜表面，室温交联成膜；最后，将聚二甲基硅氧烷(PDMS)刮涂在交联PVA表面，半固化后将滤膜上的无机纳米粒子/PDMS复合涂层转移至该薄膜，制得一种溶剂蒸汽驱动型超疏水薄膜。本发明所制备的薄膜具有优良的疏水性和化学稳定性，且薄膜可对多种溶剂蒸汽响应，实现快速、大幅度的卷曲变形，在防水自清洁、溶剂检测和智能驱动器等方面具有重要的应用前景。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种溶剂蒸汽驱动型超疏水薄膜，所述的溶剂蒸汽驱动型超疏水薄膜从下到上由PVDF层、交联PVA层、半固化PDMS层和无机纳米粒子/PDMS涂层热压形成；所述的交联PVA层由聚乙烯醇水溶液、乙二醛和盐酸混合物涂覆在PVDF薄膜表面，室温下交联反应形成；

所述的无机纳米粒子/PDMS涂层由无机纳米粒子分散液与聚二甲基硅氧烷分散液依次在聚偏氟乙烯多孔滤膜上进行真空抽滤、固化形成；

溶剂蒸汽驱动型超疏水薄膜在室温下水接触角为155-168°；薄膜在-5-150℃环境中放置或者经溶剂蒸汽处理72h后，其表面接触角保持在150°以上；薄膜在溶剂蒸汽中5-60s向超疏水面弯曲，实现曲率为0.5-0.8mm^-1的大幅度变形。

为进一步实现本发明目的，优选地，薄膜的溶剂蒸汽驱动是由PVDF薄膜和交联PVA层在溶剂蒸汽中的显著溶胀差异引起；所述的溶剂蒸汽包括丙酮蒸汽、四氢呋喃蒸汽、N,N-二甲基甲酰胺蒸汽、吡啶蒸汽、二氯甲烷蒸汽和乙酸乙酯蒸汽中的任意一种或两种。

所述的溶剂蒸汽驱动型超疏水薄膜的制备方法，包括以下步骤：