[發明專利]一種納米顆粒輔助微模塑制備超疏水表面的方法

有效

• 申請號: 200910096817.2
• 申請日: 2009-03-16
• 公開（公告）號: CN101537682A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 馮杰;鐘明強;鄭建勇;黃寶元;林瑋煒
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B29C39/00
• 分類號: B29C39/00;B29C39/26;B29C59/00;B29C33/40;B29C33/42;C08K3/22
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司
• 代理人: 黃美娟;冷紅梅

(一)技術領域

本發明涉及一種納米顆粒輔助微模塑制備聚合物超疏水表面的方法。

(二)背景技術

當一滴水放置在固體水平表面上，水滴會自然鋪展或者鋪展到一定的角度而達到平衡，這個平衡角度是由固-液、液-氣、固-氣界面張力之間的平衡決定的，通常稱之為平衡接觸角θ。θ的大小通常可以衡量該固體表面的浸潤性。當θ＜90°時，稱之為親水材料，當θ＞90°時，稱之為疏水材料。固體表面的這種浸潤性是固體表面的重要性質之一，它是由表面的化學成分和微觀幾何結構共同決定的。當θ＞150°時，稱其為超疏水表面。因其在工農業生產和人們日常生活中有著重要的應用前景而引起了人們的普遍關注。超疏水表面被廣泛應用于天線和門窗的防雪、交通指示器的自清潔、減小船體的摩擦力、金屬精煉、紡織品的防污染、細胞的運動等方面。

自然界中的很多動植物如荷葉、水黽腿等之所以具有優異的超疏水性能是因其表面具有微納二階結構的緣故。受此啟發，人們企圖在材料表面仿生構筑微納米階層結構，從而人工制備出超疏水表面。方法主要有相分離、電化學沉積、化學氣相沉積、模板擠出、溶劑引導結晶、高聚物電紡絲、刻蝕、平板印刷等。這些方法在問世之初均受到過很高的關注。但是迄今為止，尚未見到一種能夠低成本、大規模工業化生產超疏水表面的方法。最近的研究表明，利用復制植物葉子表面結構的鎳制模具，進行紫外光固化材料的納米壓印可制作疏水的表面。目前，建立實用簡便的超疏水表面制備方法仍是研究的熱點。

另一方面，先前的研究都主要聚焦于材料超疏水表面的研制，但卻忽略了賦予材料除超疏水性能之外的其它功能。例如，摻銻二氧化錫(ATO)具有紅外線阻隔作用和電傳導作用，被廣泛的應用于隔熱薄膜材料，太陽能電池及電磁屏蔽等方面。而納米TiO₂則不僅具有良好的吸收紫外線作用，還具有特殊的光催化作用。如果能夠賦予超疏水表面這些額外功能，將能夠極大地拓寬超疏水材料的應用領域。

(三)發明內容

本發明的目的是提供一種簡單可行、可大規模生產超疏水表面的方法，同時選擇不同的功能性納米粒子使超疏水表面進一步功能化。

本發明采用的技術方案是：

一種納米顆粒輔助微模塑制備超疏水表面的方法，所述方法包括如下步驟：

(1)PDMS軟模板制備：以聚二甲基硅氧烷預聚體為主要原料，復制新鮮荷葉近軸面的微結構，制得具有荷葉面陰模結構的PDMS軟模板；(葉片有上、下面之分。上面(近軸面、腹面)為受光的一面。)

(2)納米顆粒漿料制備：將納米顆粒分散在介質中，添加質量為納米顆粒質量0.1～30％的分散劑或表面改性劑，進行分散得到穩定的納米顆粒漿料；所述納米顆粒為下述原料中的一種或混合的納米粒子：CaCO₃、SiO₂、TiO₂、ZnO、ATO、ITO、Al₂O₃、Fe₂O₃；所述介質為下列之一或其中兩種以上的混合：水、C1～C4的醇或C3～C5的酮；所述分散劑或表面改性劑為下列之一或其中兩種以上的混合：KH570、PEG400/4000、PEI或PVP；所制得納米顆粒漿料分散效果較好且具有一定穩定性，顆粒粒徑1-300nm；

(3)超疏水表面制備：將納米顆粒漿料和聚合物懸浮液或溶液摻混后澆注或將納米顆粒和聚合物熱壓(可將納米顆粒和聚合物混合后熱壓，也可分別熱壓納米顆粒層和聚合物層)在PDMS軟模板上，成型后剝離得到具有超疏水表面的材料；所述聚合物為下列之一：WPU、LDPE、LLDPE、PP。所述納米顆粒漿料與聚合物可先混合后，通過澆注微模塑法或熔融微模塑法將含有納米粒子的聚合物澆注或熱壓到PDMS軟模板表面，也可先在PDMS模板上澆注一層納米顆粒漿料，干燥后再在上面熱壓一層聚合物。

軟刻技術是近年發展起來的一類制作納/微米結構的新方法。該方法利用彈性體材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)等作為軟印章或軟模板，通過聚合物等材料的鑄模、模塑、印刷等來制備各種微結構。近年來，軟刻技術已被用來制備超疏水表面。Sun等利用天然荷葉作母版，利用復制微模塑制作了超疏水的PDMS表面。劉斌等報道了以天然荷葉作母版的超疏水表面接觸軟印刷方法。本發明先用PDMS為原料復制新鮮荷葉表面的微結構作為軟模板，然后將改性的納米粒子與聚合物澆注或熱壓到PDMS軟模板表面，成型后剝離即得到表面含有微納二階結構、具有一定功能的聚合物超疏水表面。